열전퇴형 적외선 검출기의 개발연구 = A Study on development of thermopile-type infrared detector
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발행연도
1997
작성언어
Korean
KDC
500.000
자료형태
학술저널
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391-427(37쪽)
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열전퇴형 적외선 검출기의 개발연구를 위해, 센서의 핵심 구성요소인 열차단막, 열전퇴 및 적외선 흡수체에서 각각 요구되는 특성들을 검토하였고, 이들 특성을 실현하는 공정기술의 검증을 위한 시험소자로서 적외선 열원 대신에 Pt 히터 또는 NiCr 히터가 내장된 Bi-Sb 열전쌍 또는 열전퇴를 제작하였으며, 이들의 열응답 특성을 주로 고찰하였다.
Pt 히터 저항에 대한 다이아프램 형성전후의 전류-전압 특성 차이 및 이 히터가 내장된 Bi-Sb 열전쌍에 대한 공기 및 진공중에서의 열감도 변화로부터 Si_3N_4/SiO_2/Si_3N_4다이아프램의 열차단 특성을 확인할 수 있었고, 또한 히터의 저항 온도계수를 측정함으로써 인가된 전력에 의한 Pt 히터의 온도를 알 수 있었다.
Pt 히터가 내장된 Bi-Sb 열전쌍 시험소자의 열기전력은 히터와 열전쌍 사이의 거리가 증가함에 따라 지수함수적으로 감소하였고, 열전쌍의 열전계수는 약 97㎶/K였다.
Pt 또는 NiCr 히터가 내장된 Bi-Sb 열전퇴 시험소자의 전압감도는 열전퇴를 구성하는 열전쌍의 개수가 증가함에 따라 증가하였고, 히터와 열전퇴의 고온 접합부 사이의 거리 및 고온 접합부와 실리콘 림 사이의 거리에 크게 의존하였으며, 또한 진공중에서의 전압감도가 공기중에서의 전압감도보다 더 크게 나타났다.
상기 결과를 바탕으로 하여 열전퇴형 적외선 센서의 시험제작을 위한 공정 설계와 공정용 마스크의 설계 및 제작을 완료하였다.
For the development of a thermopile-type infrared detector, the respective characteristics required in thermal isolation layer, thermopile and infrared absorber, which are the core components of the detector, were studied first of all. The Bi-Sb thermocouples and thermopiles with Pt- or NiCr-heater instead of the infrared radiation source have been fabricated as the test devices for the verification of the process technologies to fulfill respective characteristics, and their thermal responsivities were mainly investigated.
The thermal isolation of Si_3N_4/SiO_2/Si_3N_4-diaphragm was confirmed by Ⅰ-Ⅴ characteristics difference of the Pt-heaters before and after the diaphragm formation, and the thermal sensitivities change of the Bi-Sb thermocouples in the air and vacuum. It could be known that the thermal loss in the heater is caused by the air, and the heater temperature with input power could be estimated by the measurement of the resistance temperature coefficient of Pt-heater.
The thermoelectric voltage of the Bi-Sb thermocouple with Pt-heater decreased exponentially as the distance between heater and thermopile increased, and its thermoelectric coefficient was about 97 ㎶/K. The voltage responsivity of the Bi-Sb thermopile with Pt- or NiCr-heater increased as the number of thermocouples increase, was strongly dependent on the distance between heater and hot junction of the thermopile, and between hot junction and silicon-rim, and the voltage responsivity in the vacuum was higher than that in the air.
On the basis of the above results, the process design and preparation of the process mask set for the test fabrication of a thermopile-type infrared sensor have been completed.
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