KR0135119B1

KR0135119B1 - 적외선 검출기

Info

Publication number: KR0135119B1
Application number: KR1019890011449A
Authority: KR
Inventors: 혼벡 레리제이.
Original assignee: 앤. 라이스 머레트; 텍사스 인스투루먼츠 인코포레이티드
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1998-04-20
Also published as: DE68923589T2; KR900003617A; EP0354369A2; EP0354369B1; JP2834202B2; JPH02196929A; DE68923589D1; EP0354369A3

Abstract

내용 없음.

Description

적외선 검출기

제1도는 양호한 제1실시예 볼로메터 어레이를 포함하는 적외선 검출기 시스템의 블럭도.

제2도는 양호한 제1실시예 볼로메터 어레이 평면도.

제3도는 양호한 제1실시예 어레이의 단일 볼로메터의 사시도.

제4a-b도는 양호한 제1실시예 어레이의 단일 볼로메터의 단면 입면도.

제5a-b도는 양호한 제1실시예 어레이 및 어레이의 일부분의 단일 볼로메터의 평면도.

제6도는 양호한 제1실시예의 동작 분석을 위한 모델을 도시한 도면.

제7도는 이론적 흡수, 반사 및 전송 곡선을 도시한 도면.

제8a-g도는 양호한 실시예에 따른 제조 방법 단계의 단면 입면도

제9a-e도는 또 다른 양호한 실시예의 단일 볼로메터의 평면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 적외선 영상기 시스템 102 : 적외선 렌즈 시스템

104 : 기계적 초퍼 106 : 어레이

108 : 구동 및 독출 전자 회로 110 : 비디오 프로세서

112 : 디스플레이 114 : 타이밍 및 제어 전자 회로

116 : 따뜻한 인체 120 : 버퍼 증폭기

122 : 캐패시터 128 : 열 독출 회로

130 : 행 어드레싱 회로 132 : 통과 트랜지스터

140 : 볼로메터 141, 143 : 저항기

150 : 경화 비결정성 실리콘 152 : TiN

154 : 산화물 170, 174 : 리드부

176, 178 : 접촉부 190 : 산화물층

192 : 알루미늄 접지판 194 : 원형 개구

196 : 폴리이미드 200 : 포토레지스트

206 : 언더 컷

본 발명은 적외선-복사 검출기에 관한 것으로, 특히, 적외선 복사선의 검출을 위한 비냉각 볼로메터(uncoded bolometer)에 관한 것이다.

따뜻한 인체에 의해 발산된 적외선 복사선의 검출은 야간 투시(night vision)(가시광선 없는 감지)를 위한 중요한 방법을 제공한다. 적외선 검출기는 주사 또는 주시 어레이(scanning or staring array), 저온(전형적으로 액체 질소 온도) 또는 비냉각 검출기, 3-5 미크론 또는 8-12 미크론(micron) 스텍트럼의 감도 영역, 및 광자 또는 열검출 메카니즘과 같은 여러가지 방법으로 분류될 수 있다. 저온 적외선 검출기는 전형적으로 HgCdTe와 같은 작은 밴드갭(bandgap)(약 0.1∼0.2eV) 반도체로 제조되고 전자-정공(electron-hole) 쌍을 발생시키도록 광자를 흡수함으로써 광다이오드 또는 광캐패시터로서 동작한다. 참고문헌으로서는 예를 들어, 실리콘 신호 처리 회로에 접착된 HgCdTe 광캐패시터를 갖는 하이브리드 시스템을 설명한 [류(Tew) 등에 의한] 미합중국 특허 제4,686,373호가 있다.

비냉각 적외선 검출기는 작은 밴드갭 반도체를 사용하여서는 제조할 수 없는데, 그 이유는 밴드갭이 실온에서 단지 약 4kT이고 암전류(dark current)가 소정의 신호를 삼켜버리기 때문이다. 결과적으로, 비냉각 적외선 검출기는 다른 물리적인 현상에 좌우되고 저온 검출기보다 감도가 낮으나 냉각 장치나 자체의 에너지 소모를 필요로 하지 않는다. 저온 검출기의 보다 높은 검출도를 필요로 하지 않는 휴대용 저전력 응용의 경우에는, 비냉각 열 검출기를 선택하는 것이 양호하고, 적외선 광자가 흡수되어 흡수 소자의 최종 가열이 검출된다. 열 검출기는 통상적으로 3가지 형태 즉, (1) 초전기 검출기(pyroelectric detector), (2) 열전쌍(thermocouple), 또는 (3) 볼로메터들 중 어느 한 형태이다.

초전기 검출기는 퀴리(Curie) 온도보다 약간 낮은 동작 온도(전형적으로 0℃ 내지 150℃)에서 강유전성 세라믹 물질(BaSrTiO₃와 같은)을 사용한다. 양호한 강유전성 물질은 동작온도에서 자연 유전 분극에 커다란 변화가 일어나며, 강유전체의 가열은 절연체로서 강유전성을 갖는 캐패시터 양단에 발생된 전하에 의해 생성된 유도 전압을 감지함으로써 검출된다. 참고 문헌으로서 예를 들어, [러펠(Ruppel)등에 의한] 미합중국 특허 출원 제4,348,611호, [맥코맥(McCormack)등에 의한] 미합중국 특허 출원 제4,142,207호, 및 [호퍼(Hopper)에 의한] 미합중국 특허 출원 제4,379,232호가 있다.

초전기 검출기는 수율(yield)을 떨어뜨리는 강유전성 물질의 결점, 접촉 결점, 및 범프 본딩(bump bonding) 결점 때문에 커다란 검출기 어레이[256×256 픽셀(pixel)의 어레이]로 확장될 때, 문제점이 있는 하이브리드 방법이다.

열전쌍의 온도에 따라 다른 전도체의 접합의 접촉 전위의 변화에 의존한다. 비스므스-안티몬(bismuth-antimony) 또는 실리콘 상의 모노리딕(monolithic) 어레이 내의 폴리실리콘-금 결합을 사용하는지, 라히지(G. Lahiji) 등에 의한 집적-회로 기술을 사용하여 제조된 모노리딕 열전 파일 검출기(A Monolithic Thermopile Detector Fabricated Using Integrated-Circuit Technology)란 제목의 1980년 IEEE IEDM Tech. Dig. 676페이지를 참조하라.

볼로메터는 전형적으로 열적으로 분리된 박막 금속 또는 반도체막의 저항의 온도 변화에 의존한다. 박막은 실리콘 기판내의 부유(suspeneded) 유전체막 상에 제조될 수 있고 실리콘 기판 상의 모노리딕 검출 회로에 인접하여 배치될 수 있다. 유전체막은 이것이 부유되도록 유전체막 아래로부터 실리콘을 에칭함으로써 남아 있는 실리콘 기판으로부터 열적으로 분리된다. 참고 문헌으로는 예를 들어, 온도에 따른 저항 변화를 위한 비결정성 실리콘막 및 적외선 흡수와 전기 접촉용 인접 니켈막에 대해 기재되어 있는 케이. 씨. 리디아드(K.C, Liddiard)에 의한 24 적외선 물리학 57(24 Infrared Physics 57)(1984년) 및 26 적외선 물리학 43(26 Infrared Physics 43)(1986년)을 참조하라. 상술한 참조 문헌은 본 명세서에서 참조용으로 관련된다.

열전쌍 및 볼로메터는 초전기 검출기의 수율 상의 문제점을 방지하는데, 그 이유는 이들이 검출 회로와 함께 실리콘 웨이퍼 상에 모노리딕 기법으로 제조될 수 있기 때문이다. 그러나, 열전쌍 및 볼로메터의 검출도가 초전기 검출기보다 낮다는 문제점이 있다.

본 발명은 고감도 저항 물질과 함께 높은 충전률 구조를 갖는 볼로메터의 모노리딕 어레이 형태의 적외선 복사 영상기를 제공한다. 양호한 실시예에서는 저항 물질로서 적외선 흡수체로 피막된 도핑된 수소 첨가 비결정성 실리콘(a-Si:H) 및 실리콘 검출 회로에 걸쳐 저항 물질이 부유하는 구조를 사용한다. 부유 저항 물질과 하부 반사 기판사이의 거리는 적외선 스펙트럼 밴드의 중앙 파장의 1/4이고, 강화된 적외선 흡수를 제공한다.

이것은 초전기 검출기는 필적할 만한 검출도를 달성하고 볼로메터의 모노리딕 제조상의 장점들을 보유함으로써 공지된 비냉각열 검출기의 문제점들을 극복한다.

제1도는 적외선 렌즈 시스템(102), 기계적 초퍼(104), 볼로메터 어레이(106), 어레이(106)용 구동 및 독출 전자 회로(108), 비디오 프로세서(110), 디스플레이(112), 및 타이밍 및 제어 전자 회로(114)를 포함하는, (100)으로 표시된 적외선 영상기 시스템의 개략적인 블럭도를 도시한 것이다. 렌즈 시스템(102)는 어레이(106)으로 따뜻한 물체(116)에 의해 발산된 적외선 복사선의 영상을 비춘다. 초퍼(104)는 렌즈 시스템(102)에 의해 수집된 적외선 복사선을 주기적으로 차단 및 통과시키는 개구부를 갖는 회전 디스크일 수 있다. 어레이(106)은 256행×256열로 배열된 64,536개의 볼로메터를 포함하는데, 각각의 볼로메터들은 렌즈 시스템(102)의 시야내의 따뜻한 인체(116) 및 주위 장면의 영상에 대한 픽셀에 대응한다. 어레이(106)은 한쪽 측면에 형성된 적외선 투명 윈도우를 갖는 스테인레스 스틸 진공실내에 수용된다. 윈도우는 따뜻한 인체(116)가 있는 장면으로부터의 복사선이 윈도우를 통과하여 어레이(106)에 도달되도록 배치된다.

제2도는 온도에 따라 변화하고 저항값이 R_L인 접지된 고정 부하저항기(143)과 고정 바이어스 전압(VO) 사이에 접촉된 저항값(R_B)를 갖는 열적으로 분리된 저항기(141)을 갖는 볼로메터 어레이(106) 중 일부분(4개의 볼로메터)의 평면도를 개략적으로 도시한 것이다.

제3도는 어레이(106)으로부터의 단일 볼로메터(140)의 개략적인 사시도이다. 어레이(106)의 동작은 다음과 같다. 따뜻한 인체(116)을 포한하는 단속된 장면은 각각의 R_B값이(장면중 대응부분의 온도에 비례하는 크기로) 변하게 하는 어레이(106)상에 영상화되고, R_B의 변동 값은 부하 저항기(143) 양단에 교호 전압을 발생시키는데, 이것은 캐패시터(122)를 통해 버퍼 증폭기(120)에 공급된다. 버퍼 증폭기(120)의 출력은 한번에 한 행에 있는 통과 트랜지스터들(132)를 턴온시키는 행 어드레싱 회로(130)에 의해 선택되어 한번에 한 행씩 열 독출 회로(128)에서 판독된다.

제4a-b는 볼로메터(140)의 개략적인 단면입면도이고, 제5a도는 평면도이며, 제5b도는 개별적인 볼로메터들의 배열을 보여주는 어레이(106)의 일부분의 평면도를 도시한 것이다. 볼로메터(140)은 500Å 실리콘 이산화물(산화물)(146)의 상부층, 100Å의 티타늄질화물(TiN)(148)층, 2×10¹⁸/cm³의 캐리어 농도를 갖도록 붕소로 도포된 500Å의 경화 비결정성 실리콘(a-Si:H)(150)층, 100Å의 TiN(152)층, 및 500Å의 산화물(154)의 하부층으로 이루어진 1,700Å두께 및 50미크론의 면적을 갖는 스택(144)를 포함한다. 스택(144)는 스택(144)의 대각선 반대 모서리에 배치된 2개의 티타늄텅스텐(Ti:W) 상호접속부(156 및 158)에 의해 기판(142)상에 지지된다. 제5a도에 도시한 바와 같이, 스택(144)는 상호접속부(156 및 158)과 스택(144)의 나머지 부분[(저항기 (141)] 사이에 리드부(170 및 174)를 정하는 2쌍의 연장된 개구(160, 162 및 164, 166)을 갖는 정방형이다. 리드부(170 및 174)는 길이가 약 22미크론, 폭이 약 1.5미크론이고, 높은 열 저항값을 제공한다. 그러나, 스택(144)의 주요 부분으로부터 리드부(170 및 174)를 통한 열손실은 저항기(141)과 기판(142) 사이의 온도차로 인한 흑체 복사 열손실보다 한 자리수 이상 더 크다. 상부 전극 갭(172)는 한 부분이 접촉부(176)에서 상호접속부(156)에 접속되고 다른 부분이 접촉부(178)에서 상호접속부(158)에 접속된 2개의 부분으로 상부산화물층(146)과 상부 TiN층(148)을 분리한다. 수직 화살표(180)은 a-Si:H(150)을 통해 흐르는 전류의 방향을 도시한 것이다. 전류 흐름은 기판(142) 상의 바이어스 전압 공압(182)(5.8 볼트)로부터 금속 상호접속부(156)을 통해, 전극갭(172)의 접촉부(176) 측상의 TiN층(148)의 1/2내로 흐르고, TiN층(152)내로 a-Si:H(150)을 통해 수직 아래로 흐르며 또한 전극갭(172)의 접촉부(178) 측상의 TiN층(148)의 1/2내로 a-Si:H(150)을 통해 수직 상승적으로 흐르며, 최종적으로 상호접속부(158) 및 기판(142) 내의 부하 저항기(143)을 통해 접지로 흐른다. TiN층(148) 및 TiN층(152)의 1/2은 a-Si:H(150)(약 1㏁-cm저항율)에 관련하여 전도도(약 800MΩ-cm저항율)가 높으며 등전위 표면으로 간주될 수 있다. 그러므로 저항기(141)은 본질적으로 2개의 a-Si:H 저항기들이 직렬로 연결된 것으로서, 개개의 a-Si:H 저항기는 길이가 500Å이며, 직각 삼각형의 꼭지점으로부터 빗변까지의 길이의 거의 90% 정도까지 연장되는 좁은 노치(notch)를 갖는 단면 형상이 50미크론 연부 직각 삼각형 형태이다. 전체 저항값(R_B)는 약 1.1㏁이고 저항값(R_L)도 동일하게 취해지므로, 저항기(141) 및 부하 저항기(143)에서의 전체 어레이(106) 전력 소비량은 약 1와트(watt)이다. a-Si:H(150)의 저항율의 온도 계수는 어레이(106)의 300^oK동작 온도에서 약 -0.072/℃이다.

저항기(141)에 대한 열 시정수(thermal time constant)는 양호한 감도에 대해 초퍼(104)의 기간보다 작고, 이것은 적외선으로 분석된다. 저항기(141)의 냉각은 리드부(170 및 174)를 통과한 후 지지부(156 및 158)을 통해 실리콘 기판(142)로의 열전도에 의해 주로 행해진다. 특히, 제6도는 입사 적외선 복사 전력(P), 흡수된 입사 복사 전력률(ε), 저항기(141)의 온도(T), 저항기(141)의 평균 온도(T_m), 저항기(141)의 질량(M), 저항기(141)의 비열(C), 저항기(141)의 저항값(R_B), 리드부(170 및 174)의 열 전도도(k), 리드부(170 및 174)의 단면적(a), 리드부(170 및 174)의 길이(ℓ), 기판(142)의 온도(T_o), 인가된 DC 전압(V_o), 저항기(141)의 저항값의 온도 계수(α), 부하 저항기(143)의 저항값(R_L), 및 신호 전압(V_S)를 갖는 저항기(141)에 대한 열 흐름을 도시한 것이다.

저항기(141)에 대한 입력 전력은 흡수된 복사 전력(_∈P) 미치 V_o로부터의 저항 가열 전력(i²R_B)이고, 저항기(141)로부터의 전력 손실은 리드부에 따른 열적 기울기(ka

)때문에 주로 리드부(170 및 174) 아래쪽으로의 열전도에 의거한다. 기울기는 리드부에 따른 선형 온도 변화에 의해 근사화될 수 있으므로, 전력 손실은 [k(a/ℓ)(T-T_o)]이다. 저항기(141)에 대한 순입력 전력은 온도의 변화를 발생시킨다.

여기서, C=M_C는 R_B의 열 정전용량이고, K=k(a/ℓ)은 리드부(170 및 174)의 열 전도도이다. i 및 R_B는 T에 의존한다. 그러나, R_B의 온도 종속성에 대한 선형 근사는 미분 방정식을 사용할 수 있게 해준다. 특히, 저항값의 온도계수 a(=

)가

T의 변동 범위에 걸쳐 일정하다고 가정한다. 전형적으로, T_o는 약 300^oK이고, T_m은 약 315∼320^oK이며, T의 변동은 1^oK이내로서 T_m부근이므로, α상수는 확실한 가정이 아니다. a-Si:H(150)에 대해, α는 320^oK에서 약 -0.072이므로 α(T-T_m)은 작아지고 제1차 근사치는 거의 정확하게 된다.

여기서, R_m은 온도 T_m에서의 R_B의 값, 다시 말하면, 평균값이다.

그러므로, 미분 방정식은

을 되는데, 여기서 T 및 P는 시간(t)만의 함수이다.

미분 방정식을 재정리하면

으로 되는데, 여기서 식의 우변의 2번째 2개의 항은 커져서 (DC 전류에 의한 가열력 및 리드부를 통한 전도에 의한 냉각력) 거의 상쇄되므로, 변수(T-T_m및 P)는 작아진다.

입력 복사 전력은 신호-대-잡음비를 개량하도록 초퍼된다. 그러므로 입력 복사 전력은 구형파이고, 최종 신호 전압은 볼로메터 어레이(106)의 특성을 평가하기 위해 상술한 방정식으로부터 계산될 수 있다. 미분 방정식은 P 및 T-T_m의 푸리에 급수 전개 및 계수들을 등식화함으로써 용이하게 해가 구해진다. 즉, P는 다음 식으로 얻을 수 있으며,

또한 T는

으로 될 수 있는데, 여기서 ω는 초퍼(104)에 의한 입사 복사 전력의 초핑의 각 주파수이다. 영차 계수는

에 의해 산출된다.

1차 계수는 다음 식으로 계산된다.

여기서,

이다. 영차 방정식에서

를 무시하고

에 대한 식의 결과를 삽입하면

으로 되므로,

는 유효 열 전도도이다. 또한,

이상의 각 주파수를 초핑하기 위해, T는 변동 크기는 대략 ω에 반비례로 감소한다.

2차 계수(및 다른 모드 짝수-차 계수)는 소멸되고, 높은 홀수-차 계수

는

이므로

과 같이 하강하고, 도함수는 다른

를 유도한다. 그러므로

에 근사하게 된다. 물론 이 근사값은 구형파의 푸리에 전개의 첫번째 2개항인

에 대한 완전한 해이다.

입사값(P)에 의한 출력 신호 V_S는 R_L양단 전압의 변동에 대한 정의 V_S에 최종 T, 즉 R_B를 삽입하므로써 계산된다.

여기서, 다음 식으로 표현되는 1차 근사값이 주어진다.

그러므로, 검출기의 응답 [평균 입사 전력 P_o에 의해 나누어진 V_S의의 진폭]은 I(dc전류), R_m, α를 증가시키므로써 증가되고, C 및 K_eff(T_ω를 감소시킴)를 증가시키므로써 감소된다. 증폭기(120)의 입력 임피던스가 R_B보다 커야하므로, R_B의 상한값으로 둔다. I의 소정 변동이 잡음 신호를 발생시키므로 볼로메터(140)을 통하는 전류 I는 매우 일정해야 한다. 이러한 사실과 주울 열에 의한 온도 상승 요구량은 적어야 하므로 최대 전류 I는 제한된다. K_eff는 저항기(141)을 완전히 열 분리한다 하더라도 기판(142)로부터 저항기(141)의 온도차는 저항기(141)로부터 기판(142)로 순 복사속(netradiation flux)을 제공한다는 점에서 한계값은 작다.

볼로메터(140)의 감도를 최대로 하기 위한 R_L의 선택은 R_L의 함수로서

를 최대화함으로써 V_S의 정의로부터 용이하게 계산된다. 이 계산 결과로 R_L=R_m이 된다. 이 R_L값에 대해

이고, R_m에 독립인

로 된다.

또한 스텝 입사 복사 전력에 대응하는 온도는 1차 근사 미분 방정식의 해를 구함으로써 계산될 수 있다. t0일때 P=0 및 t0일때 P=P₀로 가정하면,

으로 되고, 여기서 T∞은 점근(asymptotic) 온도이고, T₀는 조명전의 온도이다. 그러므로, 볼로메터(140)의 시정수는 τ이다.

신호 전압 진폭(입사 전력에 의해 배가된 응답도)을 최대화시키기 위해, 볼로메터(140)은 최소 열 정전용량 C 및 열 전도도 K와 최대 활성 저항기 흡수 영역 A, 온도 계수 α 및 흡수율 ∈을 가져야 한다. 볼로메터(140)은 다음과 같이 이 목적들을 해결한다. 열 정전용량 C는 박막의 스택(144)를 마스킹함으로써 최소화되고, 열 전도는 K는 길고 좁게 리드부(170 및 174)를 제조함으로써 최소화된다. 활성 영역 A는 단일 실리콘 기판상에 어레이(106)을 집적시키고 어레이(106)내에 높은 충전율을 제공하도록 저항기(141) 아래에 검출 회로를 배치시키므로써 최대화된다.

더미스터(thermister)형 물질에 대한 온도 계수 α는 0.75/^oK 만큼 높은 값일 수 있으나, 이러한 물질들은 실리콘 처리에 적합하지 않고, 금속 합금 막은 0.01 이하의 계수를 갖는다. 그러므로, 약 0.07의 계수를 갖는 도핑된 a-Si:H는 실리콘 처리 적합성과 함께 높은 계수를 제공한다. 비결정성 실리콘은 적외선 복사에 투명하므로, 높은 흡수율 ∈는 TiN 저항기 전극(148 및 152)가 흡수를 제공하도록 함으로써 달성된다. 이것은 자유 캐리어 흡수이며, 스택(144)로부터 접지판(192)까지의 저항성, 두께, 및 갭을 선택함으로써 최적화될 수 있다. 이 분석은 다음과 같다.

먼저, 양 측면상의 공기에 의해 둘러싸여 있고 두께 t 및 저항율 ρ인 금속막 상에 통상적으로 입사되는 적외선 복사를 고려한다. 흡수율 A, 반사율 R, 및 투과율 T는 제7도에 도시되어 있으며, 파장 λ≥10㎛의 경우에 금속의 굴절률 및 흡광(extinction) 계수가 거의 동일하다는 가정하에 맥스웰 방정식으로 부터 계산된다. 흡수율 120πt/ρ=2에서 최대값을 갖는다.

그다음, 금속막에 평행하고 거리가 λ/4만큼 떨어진 두꺼운 전도층을 부가하는 것을 고려한다. 이때 120πt/ρ=1에서 거의 100%의 흡수가 이루어진다. 이 분석법은 L. Hadley et al, 37 J. Optical Soc. Am. 451(1947)에 기술되어 있다.

8 내지 12 미크론 스펙트럼의 감도로 동작하는 볼로메터(140)의 경우에, 중앙 파장이 10미크론이므로 전극(148 및 152)로부터 접지판(192)까지의 거리는 2.5미크론(1/4파장)으로 설정된다. 투명 a-Si:H의 두께가 파장에 비교하여 작기 때문에, 요구조건 120πt/ρ=1은 층(148 및 150)의 조합에 인가된다. 그러므로 200A의 전체 두께에 대해, 저항율은 120π×2×10^-6또는 약 750μΩ-cm와 동일해야 하고, 이것은 반응성 스퍼터된(sputtered) TiN의 저항율과 비슷하다. 100Å 두께의 TiN전극(148 및 152)의 경우에 이것은 약 750_Ω/□의 시트 저항값으로 변화된다. 또한 MoSi₂및 Si₂와 같은 아닐링되지 않고 스퍼터된 규화물을 포함하는 다른 물질들은 또한 실리콘 처리에 적합하고 적당한 저항율을 갖고 있다. 저항율-대-두께의 비율만이 흡수율 분석에 사용되므로, 전극(148 및 152)의 두께는 열 정전용량 C를 상당히 증가시킬 정도로는 크지 않고, 비재생막 특성(nonreproducible film properties)을 발생시킬 정도로 작지도 않은 층 두께가 제공되어 사용된 물질의 저항율을 보상하기 위해 조정될 수 있다. 또한, TiN은 이의 저항율에 영향을 미칠 수 있는 소정의 플라즈마 에칭, 산화 또는 수화(hydration) 영향을 받지 않도록 산화물(146 및 154)가 TiN(148 및 152)의 밀폐를 제공한다. TiN층에 대한 안정 시트 저항값은 최적 적외선 흡수율 및 흡수율의 균일성을 유지하는데 중요하다.

제4a-b도 도시한 바와 같이, 산화물층(190)은 알루미늄 접지판(192)로부터 부하 저항 R_L및 버퍼 증폭기(120)과 실리콘 기판(142)의 나머지를 덮어서 분리한다. 알루미늄 접지판(192)로부터 스택(144)의 하부까지의 거리는 8-12미크론 파장범위에서의 검출을 위해 약 2.5미크론으로 된다. 즉, 접지판(192)로부터 스택(144) 까지의 이 거리는 이 범위의 중심 주파수에 대해 1/4파장이다. 제4a도는 평탄한 접지판(192)를 개략적으로 도시한 것으고, 제4b도는 기판(142)내의 소정의 하부 회로(CMOS)를 도시한 것으로 접지판(192)의 경미한(수백 Å) 굴곡을 나타낸다. TiN층(148 및 152)는 따뜻한 인체가 있는 장면으로부터 입사 적외선 복사의 흡수를 제공하고, 비결정성 실리콘은 적외선 복사에 투광한다. 접지판(192)로부터 스택(144)까지의 1/4 파장 길이는 박막내의 자유 캐리어 흡수용 1/4파장 흡수 필터, 하부 1/4 파장 진공 캡을 갖는 반-투명 TiN(148 및 152) 및 접지판 반사기를 발생시킨다. 접지판(192)의 굴곡은 흡수시 최소한의 효과를 갖는다. 흡수 필터용 진공 갭의 사용은 갭으로 유전체를 사용할 때와 비교하여 스택(144)의 열 정전용량을 제한시킨다.

양호한 제1실시에 제조 방법에 대한 다음 설명을 고려하면 양호한 제1실시에 볼로메터 및 어레이 특징과 특성을 더 잘 이해할 수 있을 것이다. 양호한 제1실시에 방법은 제8a-g도내에 도시되어 있고 다음 단계들을 포함한다.

(a) 표준 CMOS프로세싱에 의해 실리콘 기판(142) 내에 부하저항(143), 버퍼 증폭기(120), 캐패시터(122), 어드레싱 회로, 금속 상호접속부 및 보호 산화물(190)을 형성한다. 상호 접속부(156 및 158)로부터 바이어스 전압(182) 및 부하 저항기(143)과 캐패시터(122)에 하향으로 접촉용 산화물층(190)내에 직경 2미크론의 원형 개구(194)를 포토리소그래피적으로 형성한다. 제4b도에 점섬으로 도시한 바와 같이 산화물(190)내의 개구들을 채우는 3,000Å 두께의 알루미늄(192)를 스퍼터하고, 접지판으로부터 상호접속 접촉부를 분리시키도록 알루미늄(192)를 패턴하고 에칭한다. 명확히 하기 위해 산화물 레벨(190) 아래의 모든 회로가 생략된 제8a도를 참조하라.

(b) 알루미늄 층(192)상에 2.5미크론의 두께로 사진 영상가능한 폴리이미드(photoimageable polymide)층(196)을 회전시키고, 상호접속부(156 및 158)에 대해 약 2미크론의 원형 개구(198)의 패턴을 노출시켜 현상시킨다. 다음에, 폴리이미드(196)을 완전히 이미드화하도록 소성한다. 명확히 하기 위해 산화물(190)내의 개구가 압압된 제8b도를 참조하라. 상호접속부(156 및 158)이 개구(194)의 바로 위에 배치될 필요가 없으므로, 개구(194)에서 알루미늄(192)의 비평탄성은 문제가 되지 않는다.

(c) 스택(144)를 형성하는 층들을 인-시투 스퍼터 피착시킨다. 특히, 3개의 타겟 RF 스퍼터링 시스템내에 산화물, 티타늄, 붕소-도핑된 실리콘의 타겟을 배치시킨다. 먼저 아르곤 분위기내의 산화물 타겟으로부터 500Å두께의 산화물층(154)를 스퍼터 피착시키고, 다음에 아르곤/니트로겐 분위기내의 티타늄 타겟으로부터 100Å 두께의 TiN층(152)를 스퍼터 피착시키며, 아르곤/수소 분위기내의 붕소/도핑된 실리콘 타겟으로부터 500Å 두께의 붕소-도핑된 경화 비결정성 실리콘의 층을 스퍼터 피착시키고, 다른 100Å 두께의 TiN층(148)을 스퍼터 피착시키며, 마지막으로 다른 500Å 두께의 산호물층(146)을 스퍼터 피착시킨다. 제8c도를 참조하라. 이때 저 밀도의 갭 상태 및 이에 대응하여 큰 전도도 활성 에너지를 보장하도록 비결저성 실리콘 피착중에 요구될 수 있는 최대 300℃의 처리 온도에서 폴리이미드(196)이 견딜 수 있다는 것을 주목해야 한다.

(d) 포토레지스트의 층(200)을 회전시키고 각각의 픽셀에 대해 스택(144) 및 전극 갭(172)를 정하도록 노출시켜 현상시킨다. CF₄+O₂의 플라즈마에서 에칭 마스크로서 패턴된 포토레지스트(200)을 사용하여 플라즈마 에칭하는데, 이 플라즈마는 산화물, TiN, 및 실리콘을 에칭하고 반응물내의 SiF^*종류의 종점(endpoint) 검출에 의해 비결정성 실리콘층 내에서 정지된다. 제8d도를 참조하라.

(e) 포토레지스트(200)을 벗기고 포토레지스트의 제2층(202)를 회전시키며 전극 갭(172)가 없는 스택(144)를 정하도록 제2층(202)를 노출시켜 현상시킨다. 스택(144)를 형성하도록 비결정성 실리콘, TiN, 및 산화물층을 완전히 제거하기 위해 CF₄+O₂의 플라즈마에서 에칭 마스크로서 패턴된 포토레지스트를 사용하여 플라즈마 에칭한다. 이 에칭은 알루미늄(192)를 침범하지 않고 CO^*의 종점 검출에 의해 폴리이미드(196) 내에서 정지된다. 제8e도를 참조하라. 또한, 온도 종속 저항기가 프로세싱을 간단히 하기 때문에 동일한 스택(144)로부터 리드부(170 및 174)를 형성한다.

(f) 제2 포토레지스트(202)를 벗기고 포토레지스트의 제3층(204)를 회전시켜 접촉부(176 및 178)을 정하도록 제3층을 노출시켜 현상시킨다. HF의 10% 용액내에서 에칭 마스크로서 패턴된 포토마스크(204)를 사용하여 TiN(184)상에서 정지하도록 산화물(146)을 습식 에칭한다. 습식 에칭은 등방성이고 포토레지스터(204)를 언더컷(undercut)한다. 제8f도내의 언더 컷(206)을 참조하라. 광 포토레지스트 리플로우(reflow)는 TiN(148)로 다시 포토레지스트(204)를 휘어지게 하고 언더컷 오버행(over hang)을 제거한다. TiN이 단지 100Å 두께이기 때문에, 에칭시 극도의 선택성이 요구되므로, 충분히 선택적인 이방성 플라즈마 에칭이 사용된다면 언더컷 및 후속 포토레지스트 리플로우가 방지될 수 있다.

(g) 패턴된 제3 포토레지스트(204)상에 5000Å의 Ti:W층(210)[순수한 텅스텐의 메짐성(brittleness)을 방지하기 위한 약 10% 티타늄 합금)을 스퍼터 피착한다. 포토레지스트의 제4층(208)을 회전시키고 상호접속부(156 및 158)을 정하도록 제4층을 노출하여 현상시킨다. 에칭 마스크로서 패턴된 제4포토레지스트(208)을 사용하여 SF₆내의 Ti: 를 플라즈마 에칭시키는데, 이 에칭은 포토레지스트(204) 상에서 정지한다. 제8g도를 참조하라.

(h) 보호용 PMMA(polymethylmethacrylate ; 폴리메틸메타크릴레이트)를 회전시키고 칩내에 볼로메터 어레이를 포함하는 실리콘 웨이퍼를 절단한다. PMMA를 제거하도록 클로로벤젠으로 칩을 회전시키며 스프레이한다. 제3 및 제4 포토레지스트 층(204 및 208)과 함께 폴리이미드 층(196)을 플라즈마 애시(ash)한다. 이로써 접착 및 팩키징을 제외하고 칩 공정이 끝난다. 제5a도에서 플라즈마 에칭 엑세스 홀(plasma etch access holes)은 스택(144)내에 도시되어 있다. 이 홀들은 스택(144)가 형성될 때 산화물, TiN, 및 비결정성 실리콘층을 통해 에칭되고, 스택(144) 하부의 폴리이미드 층의 등방성 플라즈마 애싱(ashing)을 하기 위해 필요한 상당한 시간을 단축시킨다.

초퍼(104)용으로 30Hz의 초핑 주파수를 갖는 볼로메터(140)의 성능 평가는 다음과 같이 계산될 수 있다. 먼저 각각 1.7, 2.34 및 1.72J/cm³-℃인 산화물, TiN, 및 a-Si:H의 특정한 열 용량을 계산함으로써 7.6×10-¹⁰J/℃의 스택(144)(50미크론 면적에서 취해짐)의 열 정전용량 C를 계산한다. 다음에, 각각 약 0, 0.2, 및 0.84와트/℃이고, 리드부(170 및 174)의 길이 및 폭이 20미크론 및 1미크론인 산화물, TiN, 및 a-Si:H의 열 전도도를 계산함으로써 4.6×10^-7와트/℃로써 리드부(170 및 174)의 열 전도도 K를 계산한다.

다음에 이 값들을

에 대입하여

을 산출하며 이때 시정수 τ=C/K=1.7msec이다.

8-12미크론 파장 범위에서 1℃의 장면 온도차[즉, 따뜻한 인체(116)은 인체 주변보다 1℃ 따뜻하고, 인체 및 주변은 8-12미크론에서 1.0의 복사율을 갖는다], f/1광학을 갖는 적외선 렌즈시스템(102), 및 5.16×10^-5와트/cm²의 조사 레벨을 가정한다. 또한 ∈0.5[∈

1.0까지 증가하는 접지팜(192)를 갖는 1/4파장 필터를 포함한다.]를 가정하면, 온도 변동 크기는 0,76×10^-3℃와 동일하다. 이것을 신호 전압 진폭의 표현식에 삽입하면 78μV(바이어스의 볼트당 13μV)의 신호 전압 진폭을 발생시킨다. 이 동작 레벨은 어레이(106) 내에 약 1와트의 전체 전력 소모 및 약 17μ(T_m-T₀)의 평균 온도 상승을 제공한다.

볼로메터(140)에 대한 잡음 측정은 종래 기술 설명 부분에서 1984 리디아드(Liddiard)에 의해 상술한 가정된 파라메터로 계산할 수 있다. 이것은 존슨(Johnson)의 잡음 등가 전력(NEP) 및 약 2.5×10^-11와트의 열 변동 잡음을 발생한다. 이것은 0.02^oK의 잡음 등가 온도 차(NETD)로 변환된다.

또한, 양호한 실시예의 볼로메터 및 어레이는 제9a-e도에 평면도로 도시되어 있다. 이 평면도들은 볼로메터(140)에 대해 제5a도와 유사하고 부유 저항기, 리드부, 및 부하 저항기, 신호 전압 증폭기를 포함하고 어드레싱하는 하부 기판에 대한 접속부를 도시한 것이다. 특히, 볼로메터(140)의 갭(172)와 유사한 상부 전극 갭은 각각의 제9a-e도 내에 점선(272)로 표시되어 있고, 볼로메터(140)의 상호접속부(156 및 158)과 유사한 기판의 상호접속부는(256 및 258)로 표시되어 있다. 유사하게, 리드부(170 및 174)의 유사부는 (270 및 274)로 표시되어 있는데, 제9d도의 양호한 실시예에서 리드부는 2부분으로 나뉘어 진다.

고충전 인자(factor) 및 저항기 연부 표면 안정화 방지용의 관련 프로세싱 회로 상에 부유된 온도 종속 저항기, 투광 고온 계수 물질상의 복사 흡수 물질로 제조된 온도 종속 저항기, 1/4파장 필터 흡수제, 및 균일하고 재생 가능한 저항기를 위한 저항기 물질의 인-시투 피착과 같은 특성을 보유하므로써 양호한 실시예 디바이스 및 방법의 여러가지 변형이 가능하다.

예를 들어, 흡수 효율이 시트 저항값에 의존하고 프로세싱에 적합한 물질이 필요함에도 불구하고, 온도 종속 저항기를 형성하는 스택의 크기, 형태, 및 물질은 변형할 수 있고, 온도 종속 저항기용 접촉부 배열이 1개의 상부 접촉부 및 1개의 하부 접촉부 또는 2개의 하부 접촉부와 같이 변형될 수 있으므로 전극 갭은 필요가 없으며, 온도 종속 저항기 접촉부상의 표면안정화층[양호한 실시예(140)에서 산화물(146 및 154)]은 생략할 수 있으므로 열 정전용량이 낮게 되고, 온도 종속 저항기의 연부는 표면 누설[제1 양호한 실시예 방법에서 단계(e)후의 산화물 피착에 의한 것과 같은]을 제한하도록 표면안정화될 수 있으며, 온도 종속 저항기는 상호접속부가 상부 및 하부 접촉부 외부를 단락시키는 것을 방지하도록 절연되었을 경우, 볼로메터(140)의 풍교(air bridge)는 직접 상호접속 물질로 대체될 수 있고, 비결정성 실리콘 저항층(150)은 특정 접촉 저항값 및 접촉 잡음이 낮은 순서로 티타늄 질화물층(148 및 152)에 인접하여 농후하게 도프될 수 있는데, 물론 고저항값 비결정성 실리콘의 두께는 일정하게 유지된다.

본 발명은 유리한 고충전 인자 어레이를 제공한다.

Claims

스텍트럼 범위 내의 복사선을 검출하기 위한 볼로메터 어레이에 있어서, (a) 볼로메터 회로 소자 세트들의 어레이를 표면에 인접하여 포함하는 기판 및 (b) 각각이 리드부를 갖고 있으며 상기 표면으로부터 상기 스펙트럼 범위의 중심 파장의 약 1/4만큼 이격되어 있는 저항기들의 어레이를 포함하고, 상기 저항기와 상기 리드부는 제1전도층, 저항층, 및 상기 표면에 가장 근접하는 제2전도층을 포함하는 스택으로 형성하고, 상기 저항기들 각각은 또한 복사선을 수신하도록 배향되며 상기 회로 소자 세트들중 대응하는 세트 위에 배치되어 상기 대응 세트에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 제1 및 제2 전도층의 시트 저항은 상기 스펙트럼 범위의 적어도 50%의 흡수를 제공하는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
제1항에 있어서, (a) 상기 저항기들에 의해 수신된 복사선용 초퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
스펙트럼 범위 내의 복사선을 검출하기 위한 볼로메터 어레이에 있어서, (a) 볼로메터 회로 소자 세트들의 어레이를 표면에 인접하여 포함하는 기판 및 (b) 각각이 리드부를 갖고 있으며 상기 표면으로부터 상기 스펙트럼 범위의 중심 파장의 약 1/4만큼 이격되어 있는 저항기들의 어레이를 포함하고, 상기 저항기와 상기 리드부는 제1 전도층, 저항층, 및 상기 표면에 가장 근접하는 제2 전도층을 포함하는 스택으로 형성되고, 상기 저항기들 각각은 또한 복사선을 수신하도록 배향되며 상기 회로 소자 세트들중 대응하는 세트 위에 배치되어 상기 대응 세트와 전기적으로 접속되고, 상기 저항기들 각각은 상기 제1 전도층상에서 상기 리드부에 부착되는 지지부에 의해 상기 표면 위에 기계적으로 지지되고, 상기 지지부는 전기적으로 전도성인 접촉부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
스펙트럼 범위 내의 복사선을 검출하기 위한 볼로메터 어레이에 있어서, (a) 볼로메터 회로 소자 세트들의 어레이를 표면에 인접하여 포함하는 기판 및 (b) 각각이 리드부를 갖고 있으며 상기 표면으로부터 상기 스펙트럼 범위의 중심 파장의 약 1/4만큼 이격되어 있는 저항기들의 어레이를 포함하고, 상기 저항기와 상기 리드부는 제1 전도층, 저항층, 및 상기 표면에 가장 근접하는 제2 전도층으로 형성되고, 상기 저항기들 각각은 복사선을 수신하도록 배향되며 상기 회로 소자 세트들중 대응하는 세트 위에 배치되어 상기 대응 세트와 전기적으로 접속되고, 상기 제1 전도층은 두 영역으로 나누어지고, 상기 두 영역은 상기 리드부와 통교(air bridge)에 의해 상기 회로 소자 세트들중 상기 대응 세트에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
제1항에 있어서, (a) 상기 제2 전도층은 표면 안정화층을 가지고, (b) 상기 표면은 반사성이며, (c) 상기 표면과 상기 표면 안정화층 사이의 공간은 진공으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
제1항에 있어서, (a) 상기 스택은 상기 제1 전도층상의 제1 표면 안정화층과 상기 제2 전도층상의 제2 표면 안정화층을 포함하고, (b) 상기 제1 및 제2 표면 안정화층은 실리콘 이산화물이고, (c) 상기 제1 및 제2 전도층은 티타늄 질화물이고, (d) 상기 저항층은 비결정성 실리콘인 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
스펙트럼 범위 내의 복사선을 검출하기 위한 볼로메터에 있어서, (a) 평면 스택으로 형성된 저항기, 상기 스택은 (i) 그 저항도가 온도에 따라 달라지는, 제1 및 제2 표면을 갖는 평면층의 저항 물질, (ii) 상기 제1 표면에 인접하는 제1 전도성 물질의 제1 층, (iii) 상기 제2 표면에 인접하는 제2 전도성 물질의 제2 층을 포함하고, 상기 제1 층은 상기 저항기의 두 단자를 형성하는 제1 및 제2 영역으로 분리되고, (b) 스펙트럼 범위 내의 복사선을 수신하도록 배향된 상기 저항기 및 (c) 상기 저항기의 저항도를 검출하기 위한 검출기를 포함하는 복사선 검출용 볼로메터.
제7항에 있어서, (a) 상기 제1 층과 상기 제2 층에 인접하여 고 전도율을 갖는 상기 저항 물질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터.
제7항에 있어서, (a) 상기 저항기에 의해 수신된 복사선용 초퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터.
제7항에 있어서, (a) 상기 제2 층에 평행하며 상기 제2 층으로부터 상기 스펙트럼 범위의 중심 파장의 약 1/4인 거리만큼 이격되어 있는 제3 전도성 물질의 제3 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터.
제10항에 있어서, (a) 상기 제1 층과 상기 제2 층의 두께 및 전도율이 상기 저항기에 의해 상기 스펙트럼 범위의 중심에서 적어도 50% 흡수에 의해 특성화되는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터.
제7항에 있어서, (a) 상기 저항 물질은 비결정 실리콘이고, (b) 상기 제1 및 제2 전도성 물질은 티타늄 질화물이고, (c) 상기 스택은 상기 제2 층, 상기 평면층, 및 상기 제1 층의 인-시투(in-situ) 피착으로 특성화되는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터.
제9항에 있어서, (a) 상기 두 영역은 리드부와 통교에 의해 상기 검출기에 접속되는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터.
스펙트럼 범위 내의 복사선을 검출하는 방법에 있어서, (a) 스펙트럼 범위 내의 복사선에 대해 거의 투과성인 저항성 물질을 제공하는 단계, (b) 상기 저항성 물질 위에 전도성 물질을 제공하는 단계, (c) 실질적으로 투과성인 물질에 의해 상기 전도성 물질과 이격되어 있는 반사 물질을 제공하는 단계, (d) 상기 전도성 물질의 두께 및 전도율과 시트 저항은 상기 반사 물질 공간과 함께 스펙트럼 범위의 중심 주위에서 적어도 50% 흡수를 제공하고, (e) 상기 스펙트럼 범위 내의 복사선에 노출될 때 상기 저항성 물질의 온도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복사선 검출 방법.
제14항에 있어서, (a) 상기 물질에 의해 수신된 복사선을 초핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복사선 검출 방법.
제14항에 있어서, (a) 상기 전도성 물질은 티타늄 질화물이고, (b) 상기 저항성 물질은 비결정 실리콘이고, (c) 상기 반사성 물질은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 복사선 검출 방법.
적외선 영상기의 제조 방법에 있어서, (a) 기판의 표면에 볼로메터 회로 어레이를 형성하는 단계, (b) 상기 회로 위에 적외선 반사층을 형성하는 단계, (c) 상기 반사층 위에 스페이서층을 형성하는 단계, (d) 상기 스페이서층상에, 상기 반사층으로부터 8-12㎛의 파장을 갖는 적외 복사선의 스펙트럼 범위의 중심 파장의 약 1/4만큼 이격되어 있는 저항기 스택을 형성하는 단계, (e) 상기 저항기 스택으로부터 상기 회로에의 접속부를 형성하는 단계 및, (f) 상기 스페이서층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 영상기 제조 방법.
제17항에 있어서, (a) 상기 저항기 스택 형성 단계는 표면 안정화층, 전도층, 저항층, 또 다른 전도층, 및 또 다른 표면 안정화층의 인-시투 피착에 의한 것임을 특징으로 하는 적외선 영상기 제조 방법.
적외선 복사의 스펙트럼 범위 내의 복사선을 검출하는 볼로메터 어레이에 있어서, 볼로메터 회로 소자 세트들의 어레이를 포함하는 기판, 상기 기판 위에 놓이며, 절연 물질층에 의해 상기 기판과 이격되어 있는 적외선 반사층 및 수신된 복사선에 따라 그 저항값이 변하며, 상기 적외선 반사층으로부터 상기 스펙트럼 범위의 중심 파장의 약 1/4만큼 이격되어 있는 저항기들의 어레이를 포함하고, 상기 스펙트럼 범위는 8-12㎛의 파장을 갖고 있고, 상기 저항기들 각각은 복사선을 수신하도록 배향되며 상기 회로 소자 세트들중 한 세트 위에 배치되어 상기 한 세트와 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
스펙트럼 범위 내의 복사선을 검출하기 위한 볼로메터 어레이에 있어서, (a) 표면을 갖는 기판, (b) 수신된 복사선에 따라 그 저항값이 변하며, 복사선을 수신하도록 배향되는 저항기들의 어레이, 상기 저항기들 각각은 상기 기판 위에서 선택된 거리 만큼 이격되어 있으며 상기 표면중 선택 영역을 실질적으로 피복하도록 선택된 형상을 갖고 및 (c) 상기 표면에 형성된 볼로메터 회로 소자 세트들의 어레이를 포함하고, 상기 회로 소자 세트들중 선택된 세트는 상기 어레이의 상기 가변 저항기들중 대응하는 저항기에 접속되며 상기 대응 저항기 아래의 상기 선택된 영역 내에 배치되고, 상기 저항기들 각각은 주로 전기적으로 전도성인 상호 접속부로 이루어지는 지지부에 의해 상기 기판 위에 기계적으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
제20항에 있어서, (a) 상기 저항기들 각각은 리드부를 갖고, 상기 저항기와 리드부는 제1 전도층, 저항층, 및 상기 표면에 가장 근접하는 제2 전도층을 포함하는 스택으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
스펙트럼 범위 내의 복사선을 검출하기 위한 볼로메터 어레이에 있어서, (a) 표면을 갖는 기판, (b) 수신된 복사선에 따라 그 저항값이 변하며, 복사선을 수신하도록 배향된 저항기들의 어레이, 상기 저항기들 각각은 상기 기판 위에서 선택된 거리 만큼 이격되어 있으며 상기 표면중 선택된 영역을 실질적으로 피복하도록 선택된 형상을 갖고 있고 및 (c) 상기 표면에 형성된 볼로메터 회로 소자 세트들의 어레이를 포함하고, 상기 회로 소자 세트들중 선택된 세트는 상기 어레이의 상기 가변 저항기들중 대응하는 저항기에 접속되며 상기 대응 저항기 아래의 상기 선택 영역 내에 배치되고, 상기 저항기들 각각은 리드부를 갖고 있으며, 상기 저항기와 리드부는 상기 전도층, 저항층, 및 상기 표면에 가장 근접하는 제2 전도층으로 이루어진 스택으로 형성되고, 상기 제1 전도층은 두 영역으로 분할 되고, 상기 두 영역은 상기 리드부와 통교에 의해 상기 대응하는 회로 소자에 접속되는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
제20항에 있어서, 상기 회로 소자 세트와 상기 가변 저항기는 상기 스펙트럼 범위의 중심 파장의 약 1/4만큼 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
제20항에 있어서, 회로 소자 세트의 공칭 상부면과 대응하는 가변 저항기의 최저부면 사이의 공간은 상기 스펙트럼 공간의 중심 파장의 약 1/4만큼인 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
적외 복사선의 스펙트럼 범위 내에 수신된 복사선에 따라 변하는 저항기를 갖는 볼로메터 어레이에 있어서, (a) 적층 구조물에 형성된 복수의 화소 및, (b) 기판, 상기 기판상에 형성된 회로 소자, 상기 회로 소자상에 배치되어 이 회로 소자와 절연되고 접지판과 복사선 반사기로서 작용하는 전도 복사선 반사층, 상기 반사층상에 배치되며 상기 회로 소자 위에 웰을 형성하는 스페이서층, 상기 스페이서층에 의해 지지되며 상기 반사층으로부터 상기 스펙트럼 범위의 중심 파장의 약 1/4의 거리 만큼 이격되어 상기 웰 위에 배치되어 있는 복사선 가변 저항기들을 포함하는 상기 적층 구조물을 포함하고, 상기 스펙트럼 범위의 파장은 8-12㎛인 것을 특징을 하는 볼로메터 어레이.
상기 가변 저항기들 각각은 리드부를 갖고, 상기 저항기와 리드부는 제2 전도층, 저항층 및 상기 반사층에 가장 근접하는 제2 전도층을 포함하는 스택으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 범위 내의 볼로메터 어레이.
스펙트럼 범위 내의 수신 복사선에 따라 변하는 저항기를 갖는 볼로메터 어레이에 있어서, (a) 적층된 구조물에 형성된 복수의 화소 및 (b) 기판, 상기 기판상에 형성된 회로 소자, 상기 회로 소자상에 배치되어 이 회로 소자와 절연되며 접지판과 복사선 반사기로서 작용하는 전도 복사선 반사층, 상기 반사층 상에 배치되며 상기 회로 소자 위에 웰을 형성하는 스페이서층, 및 상기 스페이서층에 의해 지지되며 상기 웰 위에 배치되는 상기 복사선 가변 저항기들을 포함하는 상기 적층 구조물을 포함하고, 상기 가변 저항기들 각각은 리드부를 포함하고, 상기 저항기와 리드부는 제1 전도층, 저항층 및 상기 표면에 가장 근접하는 제2 전도층을 포함하는 스택으로 형성되고, 상기 제1 전도층은 두 영역으로 분할되고, 상기 두 영역은 상기 리드부와 통교에 의해 상기 대응 화로 소자에 접속되는 것을 특징으로 하는 볼로메터 어레이.
적외 복사선의 스펙트럼 범위 내의 복사선을 검출하기 위한 볼로메터 어레이에 있어서, 볼로메터 회로 소자 세트들의 어레이를 포함하는 기판, 상기 기판위에 놓이며 절연 물질층에 의해 상기 기판과 이격되어 있는 적외선 반사층 및 수신된 복사선에 따라 그 저항값이 변하며, 상기 적외선 반사층으로부터 상기 스펙트럼 범위의 중심 파장의 약 1/4만큼 이격되어 있는 저항기들의 어레이를 포함하고, 상기 저항기들 각각은 복사선을 수신하도록 배향되어 있으며, 상기 회로 소자 세트중 한 세트 위에 배치되어 상기 한 세트와 전기적으로 접속되고, 상기 저항기들 각각은 주로 전기적으로 전도성인 상호 접속부로 이루어지는 지지부에 의해 상기 기판위에 기계적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
제25항에 있어서, 상기 저항기들은 상기 스펙트럼 범위 내의 적어도 50% 흡수를 제공하는 시트 저항을 갖는 복사선 흡수 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼로메터 어레이.
적외 복사선의 스펙트럼 범위 내의 복사선을 검출하는 볼로메터 어레이에 있어서, (a) 볼로메터 회로 소자 세트들의 어레이를 포함하는 기판, (b) 상기 기판 위에 놓이며 절연 물질층에 의해 기판과 이격되어 있는 적외선 반사층 및, (c) 리드부를 갖고 있으며 상기 반사층으로부터 상기 스펙트럼 범위의 중심파장의 약 1/4만큼 이격되어 있는 저항기들의 어레이를 포함하고, 상기 스펙트럼 범위는 8-12㎛이고, 상기 저항기와 상기 리드부는 제1 전도층, 저항층, 및 상기 반사층과 가장 근접하는 제2 전도층을 포함하는 스택으로 형성되고, 상기 저항기들 각각은 복사선을 수용하도록 배향되며, 상기 회로 소자 세트들중 대응 세트 위에 배치되어 이 대응 세트와 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
적외 복사선의 스펙트럼 범위에서 복사선을 검출하기 위한 볼로메터 어레이에 있어서, 볼로메터 회로 소자 세트들의 어레이를 포함하는 기판, 상기 기판 위에 놓이며, 절연 물질층에 의해 상기 기판과 이격되어 있는 적외선 반사층 및 수시된 복사선에 따라 그 저항값이 변하며, 상기 적외선 반사층으로부터 상기 스펙트럼 범위의 중심 파장의 약 1/4만큼 이격되어 있는 저항기들의 어레이를 포함하고, 상기 저항기들 각각은 복사선을 수용하도록 배향되며 상기 회로 소자 세트들중 한 세트 위에 배치되어 이 한 세트에 전기적으로 접속되어 있으며, 상기 저항기들은 상기 스펙트럼 범위에서 적어도 50% 흡수를 제공하는 시트 저항을 갖는 복사선 흡수 물질을 포함하고, 상기 저항기들 각각은 전기적으로 전도성인 상호 접속부로 이루어지는 지지부에 의해 상기 기판 위에 기계적으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
적외 복사선의 스펙트럼 범위에서 복사선을 검출하기 위한 볼로메터 어레이에 있어서, 볼로메터 회로 소자 세트들의 어레이를 포함하는 기판, 상기 기판 위에 놓이며, 절연 물질층에 의해 기판과 이격되어 있는 적외선 반사층 및 수신된 복사선에 따라 그 저항값이 변하며, 상기 적외선 반사층으로부터 상기 스펙트럼 범위의 중심 파장의 약 1/4만큼 이격되어 있는 저항기들의 어레이를 포함하고, 상기 스펙트럼 범위는 8-12㎛의 파장을 갖고, 상기 저항기들 각각은 복사선을 수신하도록 배향되며, 상기 회로 소자 세트들중 한 세트 위에 배치되어 이 한 세트와 전기적으로 접속되고, 상기 저항기들은 상기 스펙트럼 범위 내에서 적어도 50% 흡수를 제공하는 시트 저항을 갖는 복사선 흡수 물질를 포함하는 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
적외 복사선의 스펙트럼 범위 내의 복사선을 검출하기 위한 볼로메터 어레이에 있어서, 표면을 갖는 기판, 상기 기판 위에 놓이며, 절연 물질층에 의해 기판과 이격되어 있는 적외선 반사층, 수신된 복사선에 따라 그 저항값이 변하며 복사선을 수신하도록 배향되는 저항기들의 어레이, 상기 저항기들 각각은 상기 적외선 반사층 위에서 선택된 거리 만큼 이격되어 있으며 상기 표면중 선택된 영역을 실질적으로 피복하도록 선태고딘 형상을 갖고 및 상기 표면에 형성되는 볼로메터 회로 소자 세트들의 어레이를 포함하고, 상기 회로 소자 세트들중 선택된 세트는 상기 어레이의 상기 저항기들중 대응하는 저항기에 접속되며 상기 대응 저항기 아래의 상기 선택된 영역 내에 배치되고, 상기 저항기는 상기 스펙트럼 범위의 적어도 50% 흡수를 제공하는 시트 저항을 갖는 복사선 흡수 물질로 이루어지고, 상기 스펙트럼 범위의 파장은 8-12㎛인 것을 특징으로 하는 복사선 검출용 볼로메터 어레이.
적외 복사선의 스펙트럼 범위 내의 수신 복사선에 따라 변하는 저항기를 갖는 볼로메터 어레이에 있어서, (a) 적층된 구조물에 형성된 복수의 화소, (b) 기판, 상기 기판상에 형성된 회로 소자, 상기 회로 소자 위에 배치되며 이 회로 소자와 절연되고 접지판과 복사선 반사기로 작용하는 전도 복사선 반사층, 상기 반사층상에 배치되며 상기 회로 소자 위에 웰을 한정하는 스페이서층, 및 상기 스페이서층에 의해 지지되며 상기 웰 위에 배치되는 복사선 가변 저항기들을 포함하는 상기 적층 구조물을 포함하고, 상기 저항기들은 상기 스펙트럼 범위에서 적어도 50% 흡수를 제공하는 시트 저항을 갖는 복사선 흡수 물질을 포함하며, 상기 적외 복사선의 상기 스펙트럼 범위의 파장을 8-12㎛인 것을 특징으로 하는 볼로메터 어레이.