높은 열저항 계수를 가지는 비냉각형 적외선 열영상 이미지 센서용 MDTF(Metal-dielectric Thin Film)에 관한 연구

Abstract

비냉각 방식 적외선 열 영상 검출기의 성능을 평가하기 위한 척도로는, 소자에 입사되는 적외선에 대한 출력 신호의 변화정도를 나타내는 응답도, 적외선 감지층 막의 불균일한 특성에 의해 발생하는 노이즈, 응답도와 노이즈에 의한 볼로미터 소자의 감지도 등이 있다. 이와 같은 검출기의 성능을 위해서는 기본적으로 마이크로 볼로미터의 감지층 특성이 우수해야 하는데 마이크로 볼로미터에 사용되는 감지층은 TCR (Temperature Coefficient of Resistance)이 크고 노이즈가 작을 뿐만 아니라 물질 자체가 안정적이고 기존의 실리콘 공정과 호환이 잘 되어야 한다. 적외선을 감지하는 감지층은 지금까지 금속, 반도체, 초전도체 등 세계적으로 여러 가지 물질이 활발하게 연구되고 있다. 이에 본 논문에서는 MEMS 공정으로 제작되는 비냉각형 마이크로 볼로미터 검출기의 적외선 감지도 향상을 위해 적외선 감지층으로 SiOx-Metal 계열의 MDTF(Metal-dielectric thin film)를 사용하여 높은 열저항 계수와 높은 열흡수율 가지며, 낮은 노이즈 특성 구현하기 위해 MDTF를 진공 증착 방법을 통해 물성 분석을 위한 실리콘 웨이퍼, TCR(Temperature Coefficient of Resistance) 측정을 위한 Glass wafer, FT-IR(Fourier Transform Infrared spectroscopy) 측정을 위한 Germanium window에 각각 제작하여 그 특성을 분석하였다. 분석 결과 (SiO2)7-(Ti)3로 조성된 MDTF에서 -3 [%/K] 이상의 TCR 특성과 8~12 um 파장영역에서의 흡수율이 70% 가까운 특성을 도출하였다.