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KR101180592B1 - 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기 - Google Patents

가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기 Download PDF

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KR101180592B1
KR101180592B1 KR1020100091361A KR20100091361A KR101180592B1 KR 101180592 B1 KR101180592 B1 KR 101180592B1 KR 1020100091361 A KR1020100091361 A KR 1020100091361A KR 20100091361 A KR20100091361 A KR 20100091361A KR 101180592 B1 KR101180592 B1 KR 101180592B1
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Abstract

본 발명은 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기에 관한 것이다. 본 발명의 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기는, 광검출을 위한 단위 픽셀의 평면상에 소정의 분할 비율에 따른 일정 영역을 점유하도록 형성되며, 입사광의 가시광선을 검출하는 가시광선 감지부; 단위 픽셀의 동일 평면상에 소정의 분할 비율에 따른 일정 영역을 점유하도록 형성되며, 입사광의 원적외선을 검출하는 원적외선 감지부; 및 상기 가시광선 감지부 및 원적외선 감지부의 각각의 기저층을 이루며, 상기 가시광선 감지부 및 원적외선 감지부에 의해 각각 획득되는 감지신호를 바탕으로 영상을 구현하는 집적회로부(IC) 층을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 가시광선과 원적외선을 각각 감지하는 두 개의 광검출기를 상하로 적층하지 않고 각 픽셀(pixel)의 표면에 두 개의 광검출기를 수평적으로 함께 설치하므로, 원적외선이 가시광선 검출층을 통과하는 도중 발생하는 에너지 감쇄 또는 두꺼운 도핑 실리콘에 의해 원적외선이 차단되는 것을 방지할 수 있다.

Description

가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기{Integrated Visible and Long Wavelength Infrared Image Detectors}
본 발명은 광검출기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 서로 다른 파장을 갖는 가시광선과 적외선을 모두 검출할 수 있도록 하나의 단위 픽셀 광검출기에 가시광선용 이미지 센서와 적외선용 볼로미터(bolometer)를 집적화시킴으로써 단일 검출기로 가시광선 영상과 적외선 영상을 구현할 수 있는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기에 관한 것이다.
막스 플랭크(Max Planck)의 흑체 복사(black body radiation) 이론에 의하면, 절대온도 0도(0°K) 이상의 모든 물체는 전자파를 복사하며 물체의 온도가 증가할수록 전자파의 최고치 파장(peak wavelength)이 짧은 파장으로 이전되며 전체 복사 에너지는 증가한다. 이와 같은 흑체 복사는 물체 자체의 열원에서 자연 복사되며 이 복사 에너지와 자연 배경과의 복사 차이에 의한 2차원적 분포에 의해 물체의 모양을 찍을 수 있다. 가시광선의 물체 자연 복사는 3000℃ 이상의 발열체에서 복사되며 가시광선대의 자연복사 이미징(imaging)은 극히 제한되어 있다. 일반 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 또는 CCD(charge coupled device) 카메라에 의한 촬영은 가시광선의 조광에 의한 촬영으로서, 물체표면에서 반사되는 가시광의 2차원 배열(array)에 의해 상을 찍는다. 즉, 이는 물체의 자연복사에 의한 이미지가 아니고 외부 가시광 조명에 의한 것이다. 3～5㎛의 MWIR(mid-wavelength infrared)은 200℃ 이상의 발열체, 1～3㎛의 SWIR(short-wavelength infrared)은 600℃ 이상의 고온 발열체에서 복사된다. 이 대역의 전자파는 대기 중의 수분, CO2에 의한 흡수가 많아 선별적으로 응용된다. 이 밴드의 적외선 이미지는 일반 민수응용보다 군용의 탐색, 추적 및 감시?정찰에 주로 응용된다. 또한, 8～12㎛의 LWIR(long-wavelength infrared)은 60℃～-20℃의 물체에서 복사되며 대기의 수분, CO2에 의한 흡수가 없으며 SWIR, MWIR 보다 파장이 길기 때문에 안개, 구름, 연기를 잘 투과하며 자동차 헤드라이트(headlight) 불빛 이면의 물체도 감지한다. 목표물의 온도가 주변 배경 및 클러터(clutter)와의 온도차의 프로파일(profile)로 목표물의 상을 인식할 수 있다. 즉, 가시광이 전혀 없는 완전한 암흑의 환경에서 목표물의 온도가 주변 배경 온도와 차이가 있으면 그 온도차의 평면분포 형상에 의해 목표물의 형상을 인식할 수 있다. 따라서 야간 카메라, 야간 조준기에 LWIR 이미지 센서를 사용한다. 그 외 일반 민수 응용은 자동차용 야간-영상 카메라(night-vision camera), 야간 감시(law enforcement), 산업(공업) 공정 모니터링(industrial process monitoring), 열관리(thermal management), 체열 영상 진단기, 소방 헬멧, 재난 사고 시 수색 및 구출 등 그 응용이 광범하다.
한편, 현재 사용되고 있는 가시광선 카메라와 열상 카메라는 사용하는 광선의 파장이 다르기 때문에 입사 광선의 검출에 사용되는 검출기의 종류도 상이하며, 검출기로부터 얻어지는 신호로부터 영상을 구현하는 ROIC(readout integrated circuit) 또한 서로 다르게 구성된다. 이는 결국 서로 다른 시스템으로 귀결되어, 태양광과 같은 보조 광원이 있는 경우를 위한 가시광선 카메라와 보조 광원 없이 대상 물체로부터의 자체 복사에 의존하는 열상 카메라라는 2개의 독립적인 영상 카메라를 사용하게 된다.
또한, 종래의 광검출기는 가시광선과 원적외선 광을 각각 감지하는 두 개의 광 검출기가 상하로 적층된 구조로 되어 있어, 원적외선이 가시광선 검출층을 통과하는 도중 원적외선의 에너지가 감쇄되거나 두꺼운 도핑 실리콘(heavily-doped silicon)에 의해 원적외선이 차단되는 문제가 있다.
본 발명은 이상과 같은 종래 가시광선 및 열상 카메라 시스템과, 이중 적층 구조의 광검출기에서의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 서로 다른 파장을 갖는 가시광선과 적외선을 모두 검출할 수 있도록 하나의 단위 픽셀 광검출기에 가시광선용 이미지 센서와 적외선용 볼로미터(bolometer)를 집적화시킴으로써 단일 검출기로 가시광선 영상과 적외선 영상을 구현할 수 있는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기는,
광검출을 위한 단위 픽셀의 평면상에 소정의 분할 비율에 따른 일정 영역을 점유하도록 형성되며, 입사광의 가시광선을 검출하는 가시광선 감지부;
상기 단위 픽셀의 동일 평면상에 소정의 분할 비율에 따른 일정 영역을 점유하도록 형성되며, 입사광의 원적외선을 검출하는 원적외선 감지부; 및
상기 가시광선 감지부 및 원적외선 감지부의 각각의 기저층을 이루며, 상기 가시광선 감지부 및 원적외선 감지부에 의해 각각 획득되는 감지신호를 바탕으로 영상을 구현하는 집적회로부(IC) 층을 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 단위 픽셀의 가시광선 감지부와 원적외선 감지부의 각 점유 영역의 평면상 분할 비율은 4:6 또는 3:7로 할 수 있다.
또한, 상기 가시광선 감지부는, 상기 단위 픽셀의 표면층(제1층)에 위치되어 입사되는 가시광선의 광신호를 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드의 바로 밑에 형성되며, 포토 다이오드의 광전 변환에 따른 전류를 검출하는 4T APS(active pixel sensor) 층(제2층)을 포함한다.
또한, 상기 가시광선 감지부의 상기 4T APS 층은 CMOS APS 층으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 가시광선 감지부의 표면층(제1층)과 그 표면층 하부의 4T APS (active pixel sensor) 층(제2층) 사이, 그리고 4T APS(active pixel sensor) 층(제2층)과 그 하부의 상기 집적회로부(IC) 층(제3층) 사이에는 각각 절연층이 형성된다.
또한, 상기 가시광선 감지부의 표면층(제1층)과 상기 4T APS(active pixel sensor)층(제2층) 사이의 절연층과, 상기 4T APS(active pixel sensor) 층(제2층)과 상기 집적회로부(IC) 층(제3층) 사이의 절연층에는 각각 비어(via)가 형성되며, 그 비어를 통해 상기 제1층, 제2층 및 제3층이 상호 전기적으로 접속된다.
또한, 상기 원적외선 감지부는 8～12㎛ 파장대의 원적외선을 검출하는 비냉각 마이크로볼로미터(microbolometer)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 원적외선 감지부는, 상기 단위 픽셀의 표면층에 위치되며, 그 상면과 하면에는 적외선 흡수막이 각각 형성되는 바나듐 산화막층(vanadium oxide layer)(제1층)과; 상기 바나듐 산화막층의 바로 밑에 바나듐 산화막층으로부터 소정 간격 이격되어 설치되며, 상기 바나듐 산화막층을 하부에서 지지하는 지지다리와; 상기 원적외선 감지부의 영역에 대응되는 면적으로 상기 지지다리의 상면부에 형성되며, 상기 바나듐 산화막층을 투과한 적외선을 반사시키는 반사막층(제2층)을 포함한다.
또한, 상기 바나듐 산화막층(vanadium oxide layer)(제1층)과 반사막층(제2층) 간의 이격 간격은 2.5㎛로 한다.
또한, 상기 반사막층(제2층)과 그 하부의 상기 집적회로부(IC) 층(제3층)은 1～1.5㎛의 간격으로 이격되며, 이격에 의해 형성된 공간은 진공 상태로 유지된다.
또한, 상기 바나듐 산화막층의 상면과 하면에 각각 형성되는 적외선 흡수막은 실리콘 질화막(SiNx)으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지다리는 연속으로 중첩된 'ㄹ'자형의 구조로 형성된다.
또한, 상기 지지다리는 질화실리콘(SiN)으로 형성되고, 그 내부에는 상기 집적회로부(IC) 층과의 전기적인 접속을 위한 전도선이 내장된다. 여기서, 전도선의 재질로는 니켈크롬(NiCr) 합금이 사용될 수 있다.
또한, 상기 반사막층은 약 0.05㎛ 두께의 알루미늄 막으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 집적회로부(IC) 층은 ROIC(readout integrated circuit) 층으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 ROIC 층 위에는 SiO2 절연막이 형성된다.
본 발명에 의하면, 가시광선과 원적외선을 각각 감지하는 두 개의 광검출기를 상하로 적층하지 않고 각 픽셀(pixel)의 표면에 두 개의 광검출기를 수평적으로 함께 설치하므로, 원적외선이 가시광선 검출층을 통과하는 도중 발생하는 에너지 감쇄 또는 두꺼운 도핑 실리콘에 의해 원적외선이 차단되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 자연 복사에 의한 열상 이미지와 가시광선에 의한 이미지를 동시에, 또는 응용에 따라 선별적으로 촬영하는 가시광선-원적외선 이중밴드 이미지 센서의 단위 셀 구조로 되어 있어, 종래의 주야간 카메라 시스템에서의 가시광선 카메라와 열상 카메라의 두 개의 카메라를 하나의 카메라로 통합할 수 있다. 또한, 광학 시스템도 종래의 가시광선 광학계(visible light optics)와 원적외선 광학계(LWIR optics)의 두 광학계를 하나의 광대역 광학계로 통합할 수 있고, 이에 따라 소형의 주야간 카메라 시스템이 가능해 진다.
도 1은 본 발명에 따른 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기의 구조를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기의 단위 픽셀을 다수개 중첩하여 어레이를 구성함으로써 2차원의 평면이미지를 구현하는 과정을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기에 있어서, 원적외선 감지부의 구조를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기에 있어서, 원적외선 감지부의 지지다리 위에 형성된 반사막층을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기에 있어서, 가시광선 감지부의 4T APS(active pixel sensor) 층의 구조를 보여주는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기에 있어서, 가시광선 감지부와 원적외선 감지부의 조립과정을 보여주는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기의 구조를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기(110)는 가시광선 감지부(110), 원적외선 감지부(120), 집적회로부(IC) 층(130)을 포함한다.
상기 가시광선 감지부(110)는 광검출을 위한 단위 픽셀의 평면상에 소정의 분할 비율에 따른 일정 영역을 점유하도록 형성되며, 입사광의 가시광선을 검출한다.
상기 원적외선 감지부(120)는 상기 단위 픽셀의 동일 평면상에 소정의 분할 비율에 따른 일정 영역을 점유하도록 형성되며, 입사광의 원적외선(예를 들면, 8～12㎛ 파장대의 원적외선)을 검출한다.
상기 집적회로부(IC) 층(130)은 상기 가시광선 감지부(110) 및 원적외선 감지부(120)의 각각의 기저층을 이루며, 상기 가시광선 감지부(110) 및 원적외선 감지부(120)에 의해 각각 획득되는 감지신호를 바탕으로 영상을 구현한다.
여기서, 상기 단위 픽셀의 가시광선 감지부(110)와 원적외선 감지부(120)의 각 점유 영역의 평면상 분할 비율은 4:6 또는 3:7로 할 수 있다.
또한, 상기 가시광선 감지부(110)는, 상기 단위 픽셀의 표면층(제1층)에 위치되어 입사되는 가시광선의 광신호를 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드(111)와, 상기 포토 다이오드(111)의 바로 밑에 형성되며, 포토 다이오드(111)의 광전 변환에 따른 전류를 검출하는 4T APS(active pixel sensor) 층(제2층)(113)을 포함한다.
또한, 상기 가시광선 감지부의 상기 4T APS 층(113)은 도 5에 도시된 바와 같이, 포토 게이트 4T CMOS APS 층으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 가시광선 감지부의 표면층(제1층)(111)과 그 표면층 하부의 4T APS(active pixel sensor) 층(제2층)(113) 사이, 그리고 4T APS(active pixel sensor) 층(제2층)(113)과 그 하부의 상기 집적회로부(IC) 층(제3층)(130) 사이에는 각각 절연층(112)(114)이 형성된다.
또한, 상기 가시광선 감지부의 표면층(제1층)(111)과 상기 4T APS(active pixel sensor)층(제2층)(113) 사이의 절연층(112)과, 상기 4T APS(active pixel sensor) 층(제2층)(113)과 상기 집적회로부(IC) 층(제3층)(130) 사이의 절연층 (114)에는 각각 비어(via)(115)(116)가 형성되며, 그 비어(115)(116)를 통해 상기 제1층(111), 제2층(113) 및 제3층(130)이 상호 전기적으로 접속된다.
또한, 상기 원적외선 감지부(120)는 8～12㎛ 파장대의 원적외선을 검출하는 비냉각 마이크로볼로미터(microbolometer)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 원적외선 감지부(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 단위 픽셀의 표면층에 위치되며, 그 상면과 하면에는 적외선 흡수막(121a)(121b)이 각각 형성되는 바나듐 산화막층(vanadium oxide layer)(제1층)(121)과; 상기 바나듐 산화막층(121)의 바로 밑에 바나듐 산화막층(121)으로부터 소정 간격 이격되어 설치되며, 상기 바나듐 산화막층(121)을 하부에서 지지하는 지지다리(124)와; 상기 원적외선 감지부(120)의 영역에 대응되는 면적으로 상기 지지다리(124)의 상면부에 형성되며, 상기 바나듐 산화막층(121)을 투과한 적외선을 반사시키는 반사막층(제2층)(123)을 포함한다. 여기서, 상기 바나듐 산화막층(제1층)(121)은 하나의 다이아프램(diaphragm) 구조의 비냉각 적외선 감지막으로서, 약 0.05㎛ 두께의 VOx막의 상하면에 후술되는 실리콘 질화막(SiN4)을 각각 코팅함으로써 적외선 흡수막(121a) (121b)이 형성된다.
또한, 상기 바나듐 산화막층(vanadium oxide layer)(제1층)(121)과 반사막층(제2층)(123) 간의 이격 간격은 2.5㎛로 한다. 이는 10㎛ 파장대의 광 공진 캐비티(cavity)(122)를 형성하기 위한 것이다. 즉, 광 공진 캐비티(cavity)(122)는 측정하고자 하는 파장의 1/4λ에서 공진하므로 10㎛에 최고 민감도(감광도)(peak sensitivity)를 설정하여 광 공진 캐비티(cavity)(122)의 깊이(즉, 이격 간격)를 2.5㎛로 하는 것이다. 따라서, 8～12㎛의 열전자파를 효과적으로 감지하게 된다.
또한, 상기 반사막층(제2층)(123)과 그 하부의 상기 집적회로부(IC) 층(제3층)(130)은 1～1.5㎛의 간격으로 이격되며, 이격에 의해 형성된 공간(125)은 진공 상태로 유지된다.
또한, 상기 바나듐 산화막층(121)의 상면과 하면에 각각 형성되는 적외선 흡수막(121a)(121b)은 실리콘 질화막(SiN4)으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지다리(124)는 도 3에 도시된 바와 같이, 연속으로 중첩된 'ㄹ'자형(serpentine pattern)의 구조로 형성된다. 여기서, 이와 같은 구조로 형성하는 것과 관련하여 부연 설명을 해보기로 한다. 입사된 적외선 에너지가 주변 구조물로 열전도에 의한 손실이 없이 전부 상기 바나듐 산화막층(121)에 흡수되었을 때 검출신호가 크게 얻어지는데, 이 적외선 에너지가 열전도에 의해 픽셀의 주변 구조물로 누설되면 그만큼 검출신호가 감소하게 된다. 따라서 열전도에 의한 주변 구조물로의 누설을 최소화하고, 또한 상기 집적회로부(IC) 층(130)로부터의 발열이 상기 바나듐 산화막층(121)의 다이아프램에 미치는 영향을 줄이기 위해 다이아프램을 지지하는 지지다리(124)를 가늘고 길게 함으로써 궁극적으로 열전도율을 떨어뜨리기 위한 것이다.
또한, 상기 지지다리(124)는 질화실리콘(SiN)으로 형성되고, 그 내부에는 상기 집적회로부(IC) 층(130)과의 전기적인 접속을 위한 전도선이 내장된다. 여기서, 전도선의 재질로는 니켈크롬(NiCr) 합금이 사용될 수 있다.
또한, 상기 반사막층(123)은 약 0.05㎛ 두께의 알루미늄 막으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 집적회로부(IC) 층(130)은 ROIC(readout integrated circuit) 층으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 ROIC 층 위에는 SiO2 절연막(126)이 형성된다.
또한, 상기 원적외선 감지부(120)의 바나듐 산화막층(제1층)(121)과 반사막층(제2층)(123) 사이에는 이 두 개의 층을 전기적으로 연결하는 동시에 바나듐 산화막층(제1층)(121)을 지지하기 위한 비어(via)(127)가 형성된다.
또한, 상기 바나듐 산화막층(제1층)(121)과 ROIC의 집적회로부(IC) 층(130)과의 전기적 연결을 위해 전술한 바와 같이, 상기 지지다리(124) 내부에는 니켈크롬(NiCr) 합금의 전도선이 내장되며, 그 전도선은 집적회로부(IC) 층(130)의 비어(via)(128)를 통해 집적회로부(IC) 층(130)에 설치되어 있는 금속 패드(129)에 연결된다.
한편, 이상과 같은 구조를 갖는 본 발명의 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기의 단위 픽셀은 도 2에 도시된 바와 같이, 가로로 M 칼럼(column), 세로로 N 열로 중첩하여 M×N개의 단위 픽셀들로 이루어진 이미지 검출용 어레이로 제작되어 사용될 수 있다.
또한, 도 4는 지지다리(124) 위에 형성된 반사막층(123)을 보여주는 것으로서, 전술한 바와 같이 반사막층(123)은 원적외선 감지부(120)의 영역에 대응되는 면적으로 상기 지지다리(124)의 상면부에 형성된다.
또한, 도 6은 상기 가시광선 감지부(110)와 원적외선 감지부(120)와의 조립과정을 보여주는 도면으로서, 별도로 제작된 가시광선 감지부(110)를 가시광선 감지부(110) 측의 기저층을 이루는 ROIC 집적회로부(IC) 층(130)과 원적외선 감지부(120)에 각각 접합하여 조립한다. 이때 가시광선 감지부(110)의 비어(116)와 가시광선 감지부(110) 측의 ROIC 집적회로부(IC) 층(130) 내부에 설치되어 있는 금속 패드(117)에 정렬한다.
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기의 동작에 대해 간략히 설명해 보기로 한다.
주간의 자연광이 존재하는 상황하에서는 주로 가시광선 감지부(110)에 의한 광검출을 통해 목표물을 인식하게 된다. 즉, 가시광선 감지부(110)의 포토 다이오드(111)는 목표물로부터의 반사광(가시광선)을 입사 받아 광신호를 전기 신호로 변환하고, 4T APS 층(113)은 포토 다이오드(111)의 광전 변환에 따른 전류를 검출하여 ROIC 집적회로부(IC) 층(130)으로 전송한다. 그러면, ROIC 집적회로부(IC) 층(130)은 4T APS 층(113)에 의해 검출된 전류신호에 기초하여 영상을 구현한다.
한편, 완전한 암흑 상태에서의 목표물에 대한 인식은 원적외선 감지부(120)에 의한 광검출을 통해 이루어진다. 즉, 목표물로부터 복사되는 원적외선은 원적외선 감지부(120)의 적외선 흡수막(121a)에 흡수되어 바나듐 산화막층(121)을 가열하게 되고, 그 결과 바나듐 산화막층(121)은 온도가 상승하여 전압 강하를 일으킨다. 또한, 이 과정에서 바나듐 산화막층(121)을 투과한 적외선은 아래층의 반사막층(123)에 의해 반사되어 상층의 바나듐 산화막층(121)의 하면에 형성되어 있는 흡수막(121b)을 통해 다시 흡수되어 바나듐 산화막층(121)을 가열하게 된다.
이상과 같이 바나듐 산화막층(121)의 전압 강하에 의해 전류가 흐르게 되고, 이 전류는 ROIC 집적회로부(IC) 층(130)으로 전송된다. 그러면, 마찬가지로 ROIC 집적회로부(IC) 층(130)은 바나듐 산화막층(121)에 의해 생성된 전류신호에 기초하여 영상을 구현한다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기는, 가시광선과 원적외선을 각각 감지하는 두 개의 광검출기를 상하로 적층하지 않고 각 픽셀(pixel)의 표면에 두 개의 광검출기를 수평적으로 함께 설치하므로, 원적외선이 가시광선 검출층을 통과하는 도중 발생하는 에너지 감쇄 또는 두꺼운 도핑 실리콘에 의해 원적외선이 차단되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 자연 복사에 의한 열상 이미지와 가시광선에 의한 이미지를 동시에, 또는 응용에 따라 선별적으로 촬영하는 가시광선-원적외선 이중밴드 이미지 센서의 단위 셀 구조로 되어 있어, 종래의 주야간 카메라 시스템에서의 가시광선 카메라와 열상 카메라의 두 개의 카메라를 하나의 카메라로 통합할 수 있다. 또한, 광학 시스템도 종래의 가시광선 광학계(visible light optics)와 원적외선 광학계(LWIR optics)의 두 광학계를 하나의 광대역 광학계로 통합할 수 있고, 이에 따라 소형의 주야간 카메라 시스템이 가능해 진다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 검출기
110: 가시광선 검출부 111: 포토 다이오드
112,114: 절연층 113: 4T APS 층
115,116: 비어(via) 117,129: 금속 패드
120: 원적외선 검출부 121: 바나듐 산화막층
121a,121b: 흡수막 122: 캐비티(cavity)
123: 반사막층 124: 지지다리
125: 진공 공간 126: SiO2 절연막
127,128: 비어(via) 130: ROIC 집적회로부(IC) 층

Claims (16)

  1. 광검출을 위한 단위 픽셀의 평면상에 소정의 분할 비율에 따른 일정 영역을 점유하도록 형성되며, 입사광의 가시광선을 검출하는 가시광선 감지부;
    상기 단위 픽셀의 동일 평면상에 소정의 분할 비율에 따른 일정 영역을 점유하도록 형성되며, 입사광의 원적외선을 검출하는 원적외선 감지부; 및
    상기 가시광선 감지부 및 원적외선 감지부의 각각의 기저층을 이루며, 상기 가시광선 감지부 및 원적외선 감지부에 의해 각각 획득되는 감지신호를 바탕으로 영상을 구현하는 집적회로부(IC) 층을 포함하며,
    상기 원적외선 감지부는,
    상기 단위 픽셀의 표면층에 위치되며, 그 상면과 하면에는 적외선 흡수막이 각각 형성되는 바나듐 산화막층(vanadium oxide layer)(제1층);
    상기 바나듐 산화막층의 바로 밑에 바나듐 산화막층으로부터 소정 간격 이격되어 설치되며, 상기 바나듐 산화막층을 하부에서 지지하는 지지다리; 및
    상기 원적외선 감지부의 영역에 대응되는 면적으로 상기 지지다리의 상면부에 형성되며, 상기 바나듐 산화막층을 투과한 적외선을 반사시키는 반사막층(제2층);을 구비하고,
    상기 바나듐 산화막층(vanadium oxide layer)(제1층)과 상기 반사막층(제2층) 간의 이격 간격은 2.5㎛이고, 광 공진 캐비티(cavity)는 10㎛에 최고 민감도가 설정되는 것을 특징으로 하는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가시광선 감지부는, 상기 단위 픽셀의 표면층(제1층)에 위치되어 입사되는 가시광선의 광신호를 전기 신호로 변환하는 포토 다이오드와, 상기 포토 다이오드의 바로 밑에 형성되며, 포토 다이오드의 광전 변환에 따른 전류를 검출하는 4T APS(active pixel sensor) 층(제2층)을 포함하는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가시광선 감지부의 상기 4T APS 층은 CMOS APS 층으로 형성되는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가시광선 감지부의 표면층(제1층)과 그 표면층 하부의 4T APS(active pixel sensor) 층(제2층) 사이, 그리고 4T APS(active pixel sensor) 층(제2층)과 그 하부의 상기 집적회로부(IC) 층(제3층) 사이에는 각각 절연층이 형성되는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 가시광선 감지부의 표면층(제1층)과 상기 4T APS(active pixel sensor)층(제2층) 사이의 절연층과, 상기 4T APS(active pixel sensor) 층(제2층)과 상기 집적회로부(IC) 층(제3층) 사이의 절연층에는 각각 비어(via)가 형성되며, 그 비어를 통해 상기 제1층, 제2층 및 제3층이 상호 전기적으로 접속되는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 원적외선 감지부는 8～12㎛ 파장대의 원적외선을 검출하는 비냉각 마이크로볼로미터(microbolometer)로 형성되는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반사막층(제2층)과 그 하부의 상기 집적회로부(IC) 층(제3층)은 1～1.5㎛의 간격으로 이격되며, 이격에 의해 형성된 공간은 진공 상태로 유지되는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 바나듐 산화막층의 상면과 하면에 각각 형성되는 적외선 흡수막은 실리콘 질화막(SiN4)으로 형성되는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 지지다리는 연속으로 중첩된 'ㄹ'자형의 구조로 형성되는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 지지다리는 질화실리콘(SiN)으로 형성되고, 그 내부에는 상기 집적회로부(IC) 층과의 전기적인 접속을 위한 전도선이 내장되는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 반사막층은 0.05㎛ 두께의 알루미늄 막으로 형성되는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 집적회로부(IC) 층은 ROIC(readout integrated circuit) 층으로 형성되는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 ROIC 층 위에는 SiO2 절연막이 형성되는 가시광선 및 원적외선 통합 검출용 광검출기.
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