KR970004490B1 - 자외선 검출센서 - Google Patents
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Abstract
요약 없음
Description
제1도는 종래의 자외선 검출센서 구성도.
제2도는 본 발명의 자외선 검출센서 단면구조도.
제3도는 본 발명의 자외선 검출센서 출력특성도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
21 : 실리콘기판22 : 에어 캐비티
23 : 절연층24 : 광전전극
25 : 리드부26 : 패드부
27 : 보호막28 : 유리기판
29 : 아노드전극30 : 도전성에 폭시
본 발명은 자외선 검출센서에 관한 것으로, 특히 대량생산에 유리하도록 함으로써 저가의 센서제작이 가능하도록 한 것이다.
광을 검출하여 물리적, 화학적 정보를 검출하는 방법은 최그 리모트(Remote Sensing)의 중용성이 널리 인식되면서 연구가 되어지고 있다.
그 한가지 방법으로 자외선을 검출하여 불꽃(炎)을 감지하는 센서방재 및 공조 관련 제품에 최근 채용되고 있다.
한 예로써 근년에 출시된 공기 정화기에 있어서, 흡연시에 발생하는 담배 연기를 검지하여 공기 정화기의 운전을 제어한 종래의 공기 정화기 운전 방식 대신에 라이터나 성냥을 켰을 경우 불꽃에서 나오는 자외선을 검지하여 조기에 공기 정화기를 가동시키는 새로운 자동 운전 방식이 상품화 되어지고 있다.
제1도는 현재 채용되고 있는 자외선 센서의 예로서 자외선 투과 유리관(11) 내에 2개의 전극이 마주보고 있는 2극 진공관과 유사한 형태이다.
케소드에 해당하는 광전전극(12)은 금속판으로 구성되어 있으며 이와 약 1nm간격을 갖고 아노드 전극(13)에 해당하는 금속 와이어가 타원형의 루프를 이루고 있다.
아노드전극(13)에 양극 포텐셜을 인가하고 있는 상태에서 유리관(11)을 투과한 자외선이 광전 전극(12)에 닿게되면 포톤(photon)에너지에 의해 광전 전극(12)에서 전자가 여기된다.
여기된 전자는 양극 포텐셜에 의해 아노드 전극(13)측으로 끌려가게 됨에따라 양전극 사이에 전류가 흐르게 된다.
또한 유리관(11)내는 자외선이 흡수되는 것을 막기 위해 불활성 가스, 예를 들면 크립톤(Kr)이나 제논(Xe), 아르곤(Ar) 등이 수십 torr정도의 기압으로 채워진다.
이와 같은 일명 UV트론 형태의 자외선 검출 센서의 동작은 자외선이 입사되면 광전 전극(12)에서 광전자가 방출되며, 방출된 광전자가 충분히 가속되면 봉합 유리관(11)내의 가스분자와 충돌하여 이것을 이온화 시킨다.
이온화된 분자는 전계에 의해 가속되어 광정 전극(12)에 부딪치고 이에 따라 2차 전자가 방출된다.
이러한 방전을 일으키는데, 필요한 광전자수는 비교적 적으므로 고감도, 고속으로 검출하는 것이 가능하며, 한번 방전이 생기면 입사광을 차단해도 방전이 정지하게 않기 때문에 입사광 유무의 검출만이 가능하다.
따라서 일단 방전 할 경우 그 사실을 유지하는 기능 때문에 자외선에 의한 불꽃의 감시 등에 유용하다.
왜내하면 불꽃의 스펙트럼 중에는 자외선도 포함되어 약 280nm이하의 파장에 한해 UV트론이 감도를 갖기 때문에, 태양광이나 형과 램프등의 광으로부터 영향을 받지 않는다.
그러나 이와 같이 구성된 종래의 자외선 검출센서는 개별적 부품들의 조립에 의해 제작되며 아노드 전극(13)에 약 400V이상의 고압이 인가되므로 고압 트랜스포머(Ttansformer)등의 부품이 요구되므로 단위 센서의 가격 뿐만 아니라 구동회로의 가격이 매우 높으므로 제품의 가격 상승을 유발시키게 되어 채용하는데 있어서 많은 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대량생산이 용이하고 낮은 제조비용에 의해 제작이 가능한 자외선 검출센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 자외선 검출센서는 실리콘기판에 에칭에 의해 형성된 에어 캐비티; 상기 에어 캐비티가 형성된 실리콘기판 전면에 형성된 절연층; 상기 절연층상의 소정부분에 형성된 광전전극부; 상기 광전전극부상에 형성된 보호막으로 구성된 하부층과 자외선투과측성을 갖는 유리기판; 유리기판 하부의 소정부분에 형성된 아노드전극부; 상기 유리기판 상부에 상기 아노드전극부와 도통되도록 형성된 에폭시전극 리드부로 구성된 상부층이 상기 에어 캐비티(22)를 사이에 두고 서로 마주보도록 접착되어 형성됨을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제2도를 통해 본 발명에 의한 자외선 검출센서의 구성을 설명하면, 실리콘기판(21)을 마이크로머시닝(Micromachining)에 의해 에어 캐비티(air cavity)(22)를 형성하고 결과물 전면에 절연층으로 산화막(23)을 형성한다.
상기 에어 케비티(22)의 가공깊이는 설정된 인가전압에서 자연방전이 일어나지 않아야 하며 여기된 전자가 이동해야 할 패스(path)를 고려하여야 하는데 15V이하의 구동전압을 상정하면 100㎛이하가 적당하다.
실리콘기판상에 형성된 상기 절연층(23)상에 금속박막(24)이 증착된다.
이 금속박막은 광전 전극(24)으로서 역할을 하게 되는데, 실리콘 산화막(23)과의 접착층과 광전면으로 이루어지게 된다.
또한 패드(26)에서부터 광정 전극(24)까지의 리드부(25)는 절연막(27)으로 패시베이션(Passivation)되어 있다.
한편 상부층은 UV투과 특성을 갖는 우리(28)로 덮여져 있으며 자외선 투과 유리(28)의 하부측에 미앤더(meander)형 혹은 환(ring)형의 금속박막이 아노드전극(29)으로 패너닝되어 형성되어 있다.
또한 아노드 전극(29)으로의 전압 인가는 도전성 에폭시(30)를 통해 이루어진다.
그리고 유리(28)와 실리콘기판(2)사이의 에어 캐비티(22)는 수십 토르(torr) 압력의 불활성 가스로 채워진다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 자외선 검출센서에 자외선 광이 입사하여 광전면(24)에 다다르면 광전자의 방출이 일어나며, 이 광전자에 의해 상기 에어 캐비티(22) 내부 가스의 이온화가 일어난다.
이온화된 가스는 전계에 의해 충분히 가속되어 아노드 전극(29)에 충돌됨에 따라 여기서 2차 전자의 방출이 일어난다.
이러한 방전 현상은 전계가 계속 유지되어 있는 한 계속 일어나게 되므로 불꽃의 발생 유무의 검출이 가능해 진다.
본 발명의 일실시예로서 4인치 실리콘 웨이퍼를 이용하여 400개의 자외선 검출센서를 제작하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
제작 공정은 먼저 열산화시킨 웨이퍼에 에칭 윈도우를 형성하고 에칭을 행한다.
에칭은 건식 에칭이나 습식 에칭 모두가 가능하나 본 실시예에서는 115℃의 EPW(Ethlenedianine-Pyrocatechol-water)용액을 이용하여 이방성 습식 에칭을 25분간 행한다.
광전전극(24)으로 니켈 금속 박막을 4,500Å의 두께로 증착하며 이때 실리콘 기판과의 접합력을 높히기 위해 상기 웨이퍼와 광정 전극(24)사이에 크롬을 와충층(buffer layer)로 형성한다.
리드부(25)의 절연은 실리콘 산화막(27)을 APCVD를 이용하여 증착함으로써 행한다.
전면의 유리판(28)은 0.3nm 두께의 상품명 UV25 글래스를 이용하엿고, 아노드 전극(29)은 알루미늄 박막을 이용하여 형성한다.
유리판(28)과 실리콘 기판(21)의 접합은 접합시킬 부위에 붕소를 함유한 실리카유리 조성을 스퍼터링 방법으로 증착 시킨 후 350℃에서 800V의 전압을 인가하여 양극 접합으로 행한다.
상기 본 발명의 일실시예에 의해 제작된 자외선 검출센서의 전압-전류특성을 제2도에 나타내었다.
제3도는 자외선광의 크기를 0.66루멘(Im)으로 했을 경우의 결과를 나타낸 것으로, 응답특성을 수십 μsec로서 매우 속도가 빠른 고속응답 특성을 나타내며, 약 15V정도에서도 신호처리가 가능한 출력 전류값을 얻을 수 있어 저전압 구동이 가능함을 알 수 있다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 실리콘기판을 이용하여 일괄공정에 의해 자외선 검출센서를 제작하므로 품질의 균일성이 향상되어 구동전압이 대폭 낮아짐으로써 구동회로 제작경비를 대폭 감소시킬 수 있어 저가의 우수한 특성을 가지는 자외선 검출센서를 제작할 수 있다.
Claims (5)
- 실리콘기판(21)에 에칭에 의해 형성된 에어 캐비티(22); 상기 에어 캐비티(22)가 형성된 실리콘기판(1) 전면에 형성된 절연층(23); 상기 절연층(23)상의 소정부분에 형성된 광전전극부; 상기 광전전극부상에 형성된 보호막(27)으로 구성된 하부층과 자외선투과특성을 갖는 유리기판(28); 유리기판(28) 하부의 소정부분에 형성된 아노드전극부; 상기 유리기판 상부에 상기 아노드전극부와 도통되도록 형성된 에폭시전극 리드부(30)로 구성된 상부층이 상기 에어 캐비티(22)를 사이에 두고 서로 마주보도록 접착되어 형성된 것을 특징으로 하는 자외선 검출센서.
- 제1항에 있어서, 상기 에어 캐비티(22)의 깊이가 수십 torr 압력의 불활성가스로 채워짐을 것을 특징으로 하는 자외선 검출센서.
- 제1항에 있어서, 상기 에어 캐비티(22)의 깊이가 100㎛이하인 것을 것을 특징으로 하는 자외선 검출센서.
- 제1항에 있어서, 상기 광전전극부는 상기 절연층(23)상의 소정부분에 형성된 광전전극(24)과,상기 관전전극(24) 상부에 형성된 광전전극 패드부(26) 및 상기 광전전극 패드부(26) 상부에 형성된 광전전극 리드부(25)로 구성됨을 것을 특징으로 하는 자외선 검출센서.
- 제1항에 있어서, 상기 아노드전극부는 상기 유리기판(28)상의 소정부분에 패터닝되어 형성된 아노드전극(29)과 상기 아노드전극(29) 상부에 형성된 아노드전 극패드부(26)로 구성됨을 것을 특징으로 하는 자외선 검출센서.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| G160 | Decision to publish patent application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |