KR101780299B1 - 자기가열 상쇄 가능한 마이크로 볼로미터 어레이 센서 및 이를 포함하는 적외선 검출기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 마이크로 볼로미터 어레이 센서는, 볼로미터 어레이 센서로서, 단위 웜셀은, 서미스터를 포함하는 바디부, 바디부의 모서리로부터 연장된 2개의 레그, 레그의 종단으로부터 각각 연장되는 2개의 앵커 및 자기가열 또는 원격 적외선 신호에 의해 생성된 열을, 자기 혹은 인접하는 웜셀의 앵커로 배출시키는 열전달경로를 포함하고, 단위 웜셀은, 감지셀과 동일한 바디부, 레그 및 앵커 구조를 갖는다. 이에 의하여, 고정패턴 잡음을 월등히 감소시킴으로써, 하드웨어/소프트웨어적 요소, 열전 냉각기, 셔터 등의 추가 설비를 제거하거나 줄일 수 있다. 또한, 자기가열(self-heating)을 상쇄할 수 있는 웜셀 어레이를 스키밍 회로에 이용하기 때문에, 적외선 검출기의 반응도와 동적 범위를 월등히 향상시킬 수 있다.

Description

자기가열 상쇄 가능한 마이크로 볼로미터 어레이 센서 및 이를 포함하는 적외선 검출기{MICROBOLOMETER ARRAY SENSOR CAPABLE OF CANCELING SELF HEATING AND INFRARED DETECTOR INCLUDING THE SAME}

본 발명은 자기가열 상쇄 가능한 마이크로 볼로미터 어레이 센서 및 이를 포함하는 적외선 검출기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 감지셀과 정합성이 뛰어난 기준셀로서 안출된 단위 웜셀 내지는 이러한 단위 웜셀을 어레이화하여 단위 기준셀로 사용하는 마이크로 볼로미터 어레이 센서 및 이를 포함하는 적외선 검출기에 관한 것이다.

적외선 검출기는 일반적으로 원적외선 복사에 응답하는 광기반 검출기와 열기반 검출기로 나뉜다. 열기반 검출기는 열감지 센서 어레이를 이용하여 대상 물체의 온도 이미지를 생성한다. 이와 같이 피사체에서 방출되는 흑체 복사 에너지를 모아 온도 이미지를 획득하는 장치를 원적외선 열영상 시스템(Far-Infrared Thermal Imaging System)이라 한다.

열기반 검출기는 볼로미터(bolometer), 마이크로 볼로미터(microbolometer), 초전기 및 열전대열을 포함한다. 물체에서 흑체 복사하는 소정 대역의 원적외선이 렌즈에 의해 마이크로 볼로미터상에 집속되면, 마이크로 볼로미터의 온도가 상승하거나 하강하게 되어, 마이크로 볼로미터의 전기적 저항이 변화한다. 이를 이용해, 마이크로 볼로미터에 구비된 감지셀, 즉, 마이크로 볼로미터 어레이(microbolometer array)의 전기 저항값을 측정함으로써, 피사체의 온도 분포를 원격으로 이미징할 수 있게 된다.

마이크로 볼로미터 어레이를 이용한 열영상 센서는 수천 내지 수십만 개의 픽셀 배열을 마이크로 진공 패키징하여 제조되기 때문에 제조 수율이 매우 낮을 뿐만 아니라, 고정패턴 잡음(FPN, fixed pattern noise)도 매우 높다는 문제점이 있다.

마이크로 볼로미터 어레이의 최소 신호 레벨은 온도 분해능(NETD, Noise Equivalent Temperature Difference)으로 표시되는데, 이는 고정패턴 잡음보다 매우 작기 때문에(대략 1/10,000의 크기) 높은 반응도와 동적 범위를 동시에 만족시키기가 매우 어렵다. 이를 해소하기 위해서는, 매우 복잡한 시험과 보정과정이 필요하며, 하드웨어/소프트웨어적 요소, 열전 냉각기, 셔터 등의 추가 설비를 필요로 하기 때문에, 크기, 전력소모는 물론 비용적으로 큰 부담이 된다.

주요 고정패턴 잡음원은 대략 아래와 같다.

- 감지셀 및 기준셀에 대한 서미스터 저항, 열용량, 열저항, 적외선 흡수율 등에 대한 공정 편차에 따른 감지셀 간, 기준셀 간, 그리고 감지셀과 기준셀 간의 비균일성 내지는 부정합성

- 전원 및 바이어스, 트랜지스터의 문턱전압, 연산 증폭기의 입력 오프셋 전압 및 전류, 전류신호 적분시간, 스위칭 잡음 등에 의한 전압/전류 변동 잡음

- 기판, 렌즈, 하우징, 검출회로 등에서 발생한 열에 의한 온도 변화에 따른 서미스터 저항 변화

- 검출회로에 의한 자기가열(이는, 온도 변화에 따른 전기적 저항값 변화를 측정하는 원리로 동작하는 모든 서미스터 온도계의 공통적인 문제이다)

- 1/f 잡음(고정패턴 잡음과 랜덤 잡음의 2가지 특성을 모두 갖는다)

이러한 고정패턴 잡음은 크게 두 가지 문제를 야기한다. 첫째로, 고정패턴 잡음이 과도하게 크면 검출 증폭회로 출력이 최대 또는 최소 출력 레벨로 포화되어, 의미 있는 신호를 얻을 수 없다. 이를 해소하기 위해서는, 픽셀 전체에 공통적으로 가해주는 아날로그 바이어스를 조정하거나 열정 냉각기 등을 사용(아날로그 보정)해야 한다. 그 목적은, 검출회로가 포화되지 않도록 하면서 반응도와 동적 범위를 제어하기 위함에 있다. 둘째로, 임의의 열이나 행 혹은 픽셀에서 고정된 그레이 레벨의 직선 줄무늬나 바둑 무늬가 생기는 것이다. 이를 없애려면 디지털 보정을 이용해야 한다. 즉, 디지털 NUC(Non-Uniformity Correction)를 이용하여, 각종 고정패턴 잡음을 제거해 정확한 픽셀신호를 복원해야 한다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공정편차에 의한 감지셀 간, 기준 셀 간, 감지셀과 기준셀 간의 부정합을 줄이고, 1/f 잡음을 줄이며, 자기가열 효과를 상쇄함으로서 고정패턴 잡음을 크게 줄일 수 있는, 기준 셀로서의 웜셀과 웜셀 어레이 및 이를 포함하는 적외선 검출기를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 하드웨어/소프트웨어적 요소, 열전 냉각기, 셔터 등의 추가 설비를 줄이거나 없앨 수 있어 크기, 전력소모 및 원가를 크게 줄일 수 있다는 장점을 갖는 적외선 검출기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 자기가열(self-heating)을 상쇄할 수 있는 웜셀 내지는 웜셀 어레이를 기준셀로서 스키밍 회로에 이용함으로써, 반응도와 동적 범위가 월등히 향상된 적외선 검출기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 볼로미터 어레이 센서는, 1개 이상의 단위 웜셀로 구성된 웜셀 어레이를 기준셀로 사용하는 마이크로 볼로미터 어레이 센서로서, 상기 단위 웜셀은, 서미스터를 포함하는 바디부; 상기 바디부의 모서리로부터 연장된 2개의 레그; 상기 레그의 종단으로부터 각각 연장되는 2개의 앵커; 및 자기가열 또는 원격 적외선 신호에 의해 생성된 열을, 자기 혹은 인접하는 웜셀의 앵커로 배출시키는 열전달경로;를 포함하고, 상기 단위 웜셀은, 감지셀과 동일한 바디부, 레그 및 앵커 구조를 갖는다.

또한, 상기 열전달경로는, 상기 바디부의 모서리와 상기 인접하는 2개 이상의 단위 웜셀의 앵커 사이에 연결될 수 있다.

그리고, 상기 열전달경로의 크기에 의해 상기 단위 웜셀의 열전도도가 조절될 수 있다.

또한, 상기 레그는, 상기 바디부의 모서리로부터 상기 바디부의 1개의 변을 따라 연장되고, 상기 1개의 변과 상기 레그는 소정 거리 이격될 수 있다.

그리고, 상기 레그는 온도 변화에 의해 생성되는 상기 서미스터의 양단에 흐르는 전류를 기판으로 인도하고, 상기 열전달경로는 상기 전류의 흐름을 차단할 수 있다.

또한, 상기 바디부, 상기 레그 및 상기 열전달경로는 동일 평면상에 배치될 수 있다.

그리고, 상기 웜셀 어레이에 포함된 복수의 단위 웜셀 각각의 온/오프를 스위칭하는 스위치;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 레그는 상기 바디부의 모서리에서 돌출되어, 상기 바디부의 2개의 변을 따라 연장되며, 상기 2개의 변과 상기 레그는 소정 거리 이격될 수 있다.

그리고, 상기 열전달경로는 실리콘 질화막 혹은 실리콘 산화막 보호층으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 2개의 앵커 중 적어도 하나의 앵커는, 인접하는 단위 웜셀과 공유하는 공유 앵커일 수 있다.

그리고, 상기 열전달경로는, 상기 바디부의 모서리와 상기 공유 앵커 사이에 연결될 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적외선 검출기는, 적외선 신호를 수신하여 전류 신호를 출력하는 복수의 감지셀; 및 기준셀로서 상기 감지셀에 대한 기준 전류 신호를 생성하는, 상기의 웜셀 어레이;를 포함한다.

또한, 상기 감지셀과 상기 단위 웜셀은 바디부내에서의 열 흐름과 전류 흐름 패턴이 서로 동일하고, 상기 열전달경로에 의하여 열전도도만 상이할 수 있다.

상기 구성에 따른 마이크로 볼로미터 어레이 센서 및 이를 포함하는 적외선 검출기에 의하면, 고정패턴 잡음을 월등히 감소시킴으로써, 하드웨어/소프트웨어적 요소, 열전 냉각기, 셔터 등의 추가 설비를 제거하거나 줄일 수 있다. 또한, 자기가열(self-heating)을 상쇄할 수 있는 웜셀 어레이를 기준셀로 이용하기 때문에, 적외선 검출기의 반응도와 동적 범위를 월등히 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 검출기에 이용되는 스키밍 회로를 나타내는 도면이다.
도 2는 감지시간 동안 이루어지는 출력 전압 신호의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 자기가열에 의한 감지셀의 온도 변화, 검출시간 동안 자기 가열이 상쇄되는 기준셀 온도, 그리고, 콜드셀과 기판의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 검출기에 이용되는 감지셀의 상면도이다.
도 4b는 도 4a의 A-A'선을 따라 절개한 측단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 검출기에서 기준셀로 이용되는 단위 웜셀을 나타내는 도면이다.
도 5b는 도 5a의 C-C'선을 따라 절개한 측단면도이다.
도 6a는 도 4a에 도시된 감지셀의 전류 및 열의 흐름을 도식화한 도면이다.
도 6b는 종래의 적외선 검출기에서 기준셀로 이용되는 콜드셀의 전류 및 열의 흐름을 도식화한 도면이다.
도 6c 및 도 6d는 본 발명에 따른 적외선 검출기에 이용되는 웜셀의 전류와 열의 흐름을 각각 도식화한 도면이다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 따른 적외선 검출기의 웜셀을 제조하는 제조공정을 간략히 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 웜셀의 구조, 전류의 흐름 및 열의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웜셀의 구조, 전류의 흐름 및 열의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웜셀의 구조, 전류의 흐름 및 열의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명에 따른 웜셀 어레이의 다양한 배열을 개략적으로 도시한다.

본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.

첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.

구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.

또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 검출기에 이용되는 스키밍 회로(skimming circuit)를 나타내는 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 검출기는 높은 민감도와 넓은 동적 범위를 만족시키기 위해서 불필요한 기준 직류 신호를 제거하는 스키밍 회로를 이용한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스키밍 회로는 감지셀(active cell, 100)로 구성된 감지회로(10)과 기준셀(reference cell, 21)로 구성된 기준회로(20)에 흐르는 전류의 차이를 CTIA(Charge Transfer Impedance Amplifier)(30)를 이용해서 적분한 뒤, 출력 전압 신호(V_out)를 획득한다.

도 1에서는 원격 적외선 신호에 따라서 변화하는 감지회로(10)의 전류(I_a)와 기준회로(20)에 흐르는 기준 전류(I_r)의 차이를 CTIA(30)로 전달한다. 이때, 기준회로(20)에 흐르는 기준 전류(I_r)는 원격 적외선 신호와는 무관한 고정값으로, 동일한 열에 연결된 모든 감지셀(100)이 공유하는 값이다.

도 1에서 CTIA(30)에서 출력되는 출력 전압 신호(V_out)는 도 2에 도시된 바와 같이, 적외선 검출이 이루어지는 감지시간(T_sense)동안 초기 전압으로부터 점진적으로 상승하다가 적분이 끝나는 시간에서 최대 전압 신호(V_out)를 출력하고, 다시 초기 전압으로 방전한다. 여기서, 출력 전압 신호(V_out)는 아래의 수학식(1)에 의해 산출될 수 있다.

‥‥‥‥‥‥‥수학식(1)

여기서, V_BUS는 CTIA(30)에 구비된 오피앰프(OP AMP)의 양단자에 입력되는 전압값, C_INT는 CTIA(30)에 구비된 커패시터의 커패시턴스, t_sense는 감지시간이며, I_a는 감지회로(10)에 흐르는 전류이고, I_r은 웜셀 혹은 웜셀 어레이를 기준셀(21)로 사용하는 기준회로(20)에 흐르는 전류를 의미한다.

이때, 감지시간(T_sense)동안 감지셀(100)은 서미스터 저항값을 읽어내기 위하여 걸어주는 전압과 이때 흐르는 전류와의 곱으로 주어지는 전력에 의한 주울 히팅(joule heating)에 의하여 온도가 올라가는 소위 자기가열(self-heating)에 의해 온도 상승이 이루어지는데, 그 양상은 도 3에 도시된 바와 같다. 특히, 도 3의 그래프는 적외선 원격 신호가 없을 때의 정상상태에서의 자기가열에 따른 감지셀(100)과 기준셀(21)의 온도 변화 패턴을 보여준다.

감지셀(100)은 감지시간(t_int)동안 자기 가열에 의해 온도가 급격히 상승하다가, 감지가 끝난 뒤 t_cool 시간 동안에 서서히 냉각되며, 다시 t_int 시간 동안 자기 가열에 의해 온도가 급격히 상승하다 냉각시간(t_cool) 동안 서서히 냉각되는 과정을 반복하게 된다. 그 결과 감지시간(t_int) 동안의 감지셀(100)의 평균 온도는 T1+dT/2가 된다. 여기서 T1은 기판(600)의 온도(To)보다 높은 온도로서 자기 가열된 감지셀(100)이 충분하게 냉각되지 못하여 생긴 온도로서 기판온도, To보다 조금 높은 온도이다. 만일, 냉각시간(t_cool)이 감지셀(100)의 열시상수보다 훨씬 길어진다면 T1은 To로 수렴하게 된다.

한편, 기준셀(21)에는 항상 일정한 전류가 흐르기 때문에 아래의 수학식(2)와 같은 일정한 온도 상승분을 갖게 된다.

ΔT=T_r-T_o=V_r*I_r/G_th,ref‥‥‥‥‥‥‥수학식(2)

여기서, T_r는 기준셀(21)의 온도, V_r과 I_r은 기준셀(21)의 양단에 걸리는 전압 및 흐르는 전류이고, G_th,ref는 열전도도이다. 종래에는 기준셀로서 열전도도가 매우 큰 콜드셀을 주로 사용하였으므로, T_r=T_o가 된다.

그 결과 도 3에 도시된 바와 같이 감지시간 동안 감지셀(100)의 평균온도와 기준셀(21)로 사용되는 콜드셀의 평균 온도가 매우 달라지게 되어 양자 간의 자기 가열 차이에 의한 부정합을 일으키는 요인이 된다. 그러나 종래에 널리 사용되던 콜드셀이 거의 무한대의 열전도도를 갖게 되어, 기준셀의 자기가열이 거의 없는 것에 비해, 본 발명에서 기준셀로서 안출된 웜셀이나 웜셀 어레이는 어느 정도 유한하고 조절 가능한 열전도도를 갖기 때문에, 감지셀(100)과 기준셀(21)의 자기가열 효과를 상쇄시켜, 부정합에 의한 고정패턴 잡음을 줄일 수 있게 된다.

본 발명에 따른 기준셀(21)로 사용되는 웜셀의 또 다른 특징은 감지셀(100)과 정합 특성이 뛰어나다는 데 있다.

결과적으로, 본 발명에 따른 기준셀(21)로서 제시된 웜셀의 특성을 정리하면 아래와 같다.

(1) 전기적 저항값 및 전류 흐름에 대한 감지셀(100)과의 전기적 정합성이 우수하다.

(2) 바디부 내에서의 열 흐름에 대한 감지셀(100)과의 열적 정합성이 우수하다.

(3) 1/f잡음이 작고, 적외선에 대한 반응도가 낮다.

(4) 소정 범위의 자기가열 특성을 가지므로, 감지셀(100)의 자기가열 효과를 상쇄시킬 수 있고, 이를 위해 열전도도를 임의로 조절 가능하다.

종래 스키밍 회로에서 널리 이용된 콜드셀(cold cell)은 자기 가열이 거의 없는 기준셀로서 자기 가열이 있는 감지셀(100)과의 열적 부정합성으로 인해, 이에 따른 고정패턴 잡음이 야기되는 등의 문제가 있었다. 본 발명에서 제안하는 웜셀 (혹은 웜셀 어레이)는 상기 (1) 내지 (4)의 특성을 갖기 때문에, 종래의 콜드셀이 갖는 문제점을 원천적으로 해소할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 검출기는 적외선을 감지하여 전류 신호를 출력하는 감지셀(100)을 포함하고, 상기 감지셀(100)과 최대로 동일한 구조 및 전기적 특성을 가져 정합성이 좋은 웜셀 혹은 웜셀 어레이를 포함하고, 상기 웜셀 혹은 웜셀 어레이는 기준셀(21)로서 감지셀(100)에 대한 기준 전류 신호를 생성한다.

먼저, 감지셀의 구조와 특성에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 검출기에 이용되는 감지셀(100)의 상면도이고, 도 4b는 도 4a의 A-A'선을 따라 절개한 측단면도이다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 단일 감지셀(100)은 서미스터(thermester)(110), 바디부(120), 2개의 레그(140-1,140-2) 및 2개의 앵커(130-1,130-2)를 가진다. 2개의 레그(140-1,140-2)는 바디부(120)의 양단으로부터 연장되며, 각각의 레그(140-1,140-2)의 종단으로부터 앵커(130-1,130-2)가 연장된다.

더욱 구체적으로, 바디부(120)는 도 4a에 도시된 바와 같이 사각 형상을 가지며, 사각형상의 대각선 모서리 영역에서 각각의 레그(140-1,140-2)가 돌출되며, 제1 레그(140-1)의 끝단에서 앵커(130-1)가 연장되고, 제2 레그(140-2)의 끝단에서 앵커(130-2)가 연장된다.

또한, 바디부(120)와 2개의 레그(140-1,140-2)는 동일 평면상에 존재하지만, 앵커(130-1,130-2)는 바디부(120)와 2개의 레그(140-1,140-2)에 대해 직교하는 방향으로 연장되어, 기판(600)과 전기적, 열적으로 연결된다. 도 4b를 참조하면, A-A'를 따르는 평면에 바디부(120)와 레그(140-1,140-2)가 위치하며, 앵커(130-1,130-2)가 레그(140-1,140-2)에서 수직 하방으로 연장된다. 서미스터(110)는 온도에

따라 저항값이 변화하는 소자로서, 온도와 저항값이 반비례하는 NTC(negative temperature coefficient thermistor)와 온도와 저항값이 비례하는 PTC(positive temperature coefficient thermistor) 등이 있고, 본 발명에서는 당업자에 의해 적절히 선택되어 설계될 수 있다.

본 발명에 따른 감지셀(100)은 도 4b에 도시된 바와 같이 바디부(120)와 기판(600) 사이가 오로지 레그(140-1,140-2)와 앵커(130-1,130-2)에 의해서만 연결되고, 나머지는 진공으로 비어 있어 열전도도가 매우 낮아, 바디부(120)에 열로 흡수된 적외선 에너지가 오로지 레그(140-1,140-2)와 앵커(130-1,130-2)를 통해 기판으로 빠져나갈 수 있게 함으로써, 열전도도를 낮게 하여 적외선 신호 크기에 비례하여 온도가 높게 상승한다.

이때, 바디부(120) 내에 존재하는 서미스터(110)에서 온도 상승에 따른 전기적 저항값 변화를 전기적 신호로 감지하여 적외선 신호를 생성하게 된다. 감지셀(100)의 제조 공정에 대해서 후술하겠지만, 바디부(120)와 기판(600) 사이에 희생층이 적층되고, 그 외의 요소들이 증착 및 식각 과정을 거쳐 제조되는데, 이때, 본 발명에 따른 웜셀(200)은 감지셀(100)과 동일한 공정을 이용하여 제조되기 때문에 높은 수율과 정합성을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 적외선 검출기에 이용되는 웜셀(200)에서는, 전류가 레그와 앵커를 통해서 빠져나가고, 열은 레그를 거치지 않고 자기 또는 인접하는 웜셀의 앵커 또는 다른 앵커의 레그와 공유하는 공유 앵커로 바로 빠져나가게 된다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 검출기에서 기준셀(21)로 이용되는 웜셀(200)을 나타내는 도면이다. 본 발명에 따른 웜셀(200)은, 감지셀(100)과 동일한 바디부를 갖기 때문에, 동일한 전기적 열적 흐름을 갖는다. 다만, 웜셀(200)의 열전도도는 원하는 값으로 바꿀 수 있고, 본 발명에 따른 적외선 검출기는 상기 웜셀(200)을 기준셀로서 이용한다. 이러한 특성을 갖는 기준셀을 종래의 콜드셀에 대응하여, "웜셀"로 명명하기로 한다.

제1 웜셀(200)은 서미스터(210), 바디부(220), 제1 레그(240-1), 제2 레그(240-2), 제1 앵커(230-1) 및 제2 앵커(230-2)를 가진다. 마찬가지로, 제2 웜셀(300)도 서미스터(310), 바디부(320), 제1 레그(340-1), 제2 레그(340-2), 제1 앵커(330-1) 및 제2 앵커(330-2)를 가진다.

도 5b는 도 5a의 C-C'선을 따라 절개한 측단면도이다. 따라서, 도 5b의 좌측에 도시된 앵커(230-1)는 제1 웜셀(200)에 연결된 구성이고, 우측에 도시된 앵커(330-1)는 제2 웜셀(300)에 연결된 구성이다.

이때, 제1 웜셀(200)의 바디부(220)와 제2 웜셀(300)의 제1 앵커(330-1)는 열전달경로(50)에 의해 연결된다. 열전달경로(50)는 전기적으로 부도체이지만 열전달은 가능하다. 따라서, 전류는 차단하고, 열은 전달한다.

후술하겠지만, 웜셀의 제조 공정 중 전극층과 서미스터층만 식각하고 절연막 보호층은 남겨둠으로써, 이를 열전달경로(50)로 이용할 수 있다. 다만, 후술할 웜셀의 제조 공정 역시 일 실시예에 불과하므로, 다른 공정을 이용하는 경우, 열전달경로(50)가 보호층이 아닌 다른 절연막 물질로 이루어질 수 있다.

도 6a는 도 4a에 도시된 감지셀(100)의 전류와 열흐름을 도식화한 도면이고, 도 6b는 종래의 적외선 검출기에서 기준셀로 널리 쓰이는 콜드셀(700)에서의 전류와 열 흐름을 도식화한 그림이다. 여기서 화살표의 방향은 열 흐름에 대해서 그린 것이며, 전기적 흐름에 대한 화살표의 방향은 한쪽이 반대 방향으로 되어야 함에 유의해야 한다(이하의 설명에서도 모두 동일하다). 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 종래의 적외선 검출기의 기준셀인 콜드셀(700)은 감지셀(100)과 매우 상이한 전류 및 열 흐름 형태(경로)를 갖게 되며, 위에서 상술한 바와 같이, 이는 양자간의 전기적 특성의 부정합을 야기한다.

도 6c 및 도 6d는 본 발명에 따른 적외선 검출기에 이용되는 웜셀의 전류와 열의 흐름을 각각 도식화한 도면이다.

도 6c에서, 제1 웜셀(200)에 흐르는 기준 전류는 제1 웜셀(200)에 구비된 2개의 레그(240-1,240-2)와 2개의 앵커(230-1,230-2)를 통해 기판(600)으로 빠져나가고, 마찬가지로 제2 웜셀(300)에서 생성된 전류도 제2 웜셀(300)에 구비된 2개의 레그(340-1,340-2)와 2개의 앵커(330-1,330-2)를 통해 빠져나간다. 이는 도 6a에 도시된 감지셀(100)에서의 전류의 흐름과 거의 동일함을 알 수 있다.

또한, 도 6d에 도시된 웜셀(200,300)의 열 흐름도 도 6a에 도시된 감지셀(100)의 열 흐름과 매우 흡사한 모양을 갖게 된다. 그 결과 본 발명의 적외선 검출기에 이용되는 웜셀(200,300)은 도 6b에 도시된 종래의 콜드셀(700)보다 감지셀(100)과의 전기적 정합성이 훨씬 우수해진다.

한편 도 6d를 참조하면, 제1 웜셀(200)의 바디부(210)의 모서리와 제2 웜셀(300)의 앵커(330-1)는 레그를 거치지 않고, 열전달경로(50)에 의해 직접 연결된다. 열전달경로(50)는 열적으로는 도체이지만 전기적으로는 부도체이기 때문에, 제1 웜셀(200)에서 생성된 열만(전류는 차단) 제2 웜셀(300)의 앵커(330-1)로 전달되며, 이때 열전달경로(50)의 크기(단면적 및/또는 길이)를 변화시킴으로서, 자기가열에 의한 감지셀(100)의 평균온도와 웜셀(200,300)의 온도를 갖게 할 수 있도록 열전도도를 조절할 수 있다. 한편, 각 웜셀(200,300,400,500)은 적외선 흡수를 차단하기 위하여 적절한 위치(예를 들어, 웜셀의 표면)에 반사체층을 구비할 수 있다.

도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 따른 적외선 검출기에 이용되는 감지셀과 웜셀의 제조 공정을 간략히 도시한다. 도 7a 내지 도 7f는 본 발명에 따른 감지셀과 웜셀의 층구조를 명확히 이해할 수 있도록 제공되는 것일 뿐, 본 발명에 따른 웜셀(또는 웜셀 어레이)이나 이를 포함하는 적외선 검출기가, 반드시 도 7a 내지 도 7f에 의해 제조되어야 하는 것은 아니다. 또한, 아래 설명에서는 감지셀 및 웜셀에 포함되는 구성을 위주로 설명하되, 발명의 본질을 흐리지 않기 위해, 일반적인 멤스(MEMS) 공정(예를 들어, 패터닝, 증착, 에칭 공정에 이용되는 방식이나 재료 등)에 대해서는 자세한 설명을 피하도록 한다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 기판(600)상에 탑 금속층(605)의 증착과 패터닝이 이루어진다. 이후, 도 7b와 같이 희생층(sacrificial layer)(610)이 증착되는데, 희생층(610)의 두께는 통상 1∼5㎛일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 한편, 희생층(610)의 두께는 각 웜셀에 구비되는 앵커의 길이를 결정한다. 다음으로 제1 보호층(615)이 증착되는데, 실리콘 잘화막 소재의 10∼300㎚의 두께를 가질 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 이때, 제1 보호층(615)의 증착은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등을 이용할 수 있다. 보호층(615)이 증착된 후, 도 7b에 도시된 바와 같이 비등방성 비아(via) 에칭이 이루어진다.

에칭이 이루어지면, 도 7c와 같이 도체 앵커(620)가 형성되며, 그 두께는 100㎚∼2㎛일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 도체 앵커는 위에서 설명한 바와 같이, 바디부의 전류와 열을 기판으로 인도하는 기능을 하게 된다. 도체 앵커 형성 후 도 7d와 같이 얇은 전극막(625)이 형성되며, 그 두께는 대략 5∼100㎚일 수 있다.

이제, 서미스터 박막(630)이 형성되는데, 서미스터 박막(630)의 두께는 대략 10∼500㎚이고, 대략 1k∼1G(ohm/square)의 면저항을 가질 수 있다.

마지막으로, 도 7f에 도시된 바와 같이, 실리콘 질화막 혹은 실리콘 산화막으로 이루어진 제2 보호층(635)이 형성된다. 제2 보호층(635)의 증착에는 플라즈마 화학기상증착법(PECVD, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 등이 이용될 수 있다. 다음, 제1 보호층(615), 전극(625), 서미스터 박막(630) 및 제2 보호층(635)에 대하여, 도 7f의 A영역에서 비등방성 에칭을 수행한다.

이와 함께, 등방성 산소 플라즈마를 이용해서, 도 7b에서 형성된 희생층(610)을 제거하면, 바디부와 기판이 이격되며, 감지셀의 경우에는 오직 레그와 앵커에 의해서만 연결된다. 이때, 도 7f의 B영역(이는 도 5a 및 도 5b에서, 도면번호 50이 위치하는 영역에 해당한다)에 형성된 보호층은 그대로 두어 웜셀을 위한 레그 이외의 추가적 열전달경로로서 이용하게 된다. 도 7a 내지 도 7f에 의하면, B영역의열전달경로에 의하여, 전기적으로는 분리되지만, 열적으로는 연결된 특성을 가지는 웜셀을 제조할 수 있다.

한편, 감지셀(100)과 전기적 특성과 열적 특성이 동일하고, 거의 동일한 바디 구조를 갖는 웜셀(200)을 제조하기 위해서는, 웜셀(200)이 감지셀(100)과 동시에 제조되는 것이 바람직하다. 위에서 설명한 제조 공정에 의하면, 본 발명에 따른 적외선 검출기의 웜셀(200)이 감지셀(100)과 동일한 층(이격된 다른 층에 제작하는 것은 사실상 불가능하다)에서 동시에 제작될 수 있는 장점을 갖고, 제조 공정도 매우 단순하기 때문에, 제조 수율을 월등히 향상시킬 수 있는 기술적 효과를 도모할 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적외선 검출기의 웜셀 구조, 전류의 흐름 및 열의 흐름을 나타내는 도면이다. 도 5a, 6c 및 6d에서는 하나의 열전달 경로가 바로 하나의 인접셀에 대한 앵커에 연결된 실시예를 보여주고 있는 데 반해, 도 8a 내지 도 8c에는 하나의 열전달 경로가 두 개의 인접셀 앵커와 연결된 실시예를 보여주고 있다.

도 8a에 도시된 제1 웜셀(200), 제2 웜셀(300), 제3 웜셀(400) 및 제4 웜셀(500) 각각은 도 5a 및 도 5b의 실시예와 동일한 구조를 가지므로, 구조와 기능에 대한 설명은 생략한다. 다만, 도 5a 및 도 5b와 달리, 하나의 웜셀에는 2개의 인접하는 웜셀이 있고, 열전달경로(50)는 바디부와, 인접하는 2개의 웜셀의 앵커를 모두 연결한다. 도 8a의 중앙에 구비된 열전달경로(50c)는 제2 웜셀(300)의 바디부(320)와 제3 웜셀(400)의 바디부(420)에 접하는 동시에, 제1 웜셀(200)의 앵커(230-2)와 제4 웜셀(500)의 앵커(530-1)에 접하고 있다. 즉, 제2 웜셀(300)의 바디부(320)와 제3 웜셀(400)의 바디부(420)는 열전달경로(50c)를 통해 각각 2개의 앵커(230-2, 530-1)에 연결되어 있다.

이때의 전류의 흐름이 도 8b에 도시되어 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 생성된 전류는 각 웜셀(200,300,400,500)에 구비된 레그와 앵커를 통해 인도된다. 각 웜셀(200,300,400,500)을 연결하는 열전달경로(50)는 전기적으로 부도체이기 때문에, 각 웜셀(200,300,400,500)에서 생성된 전류가 인접하는 웜셀로 전달되지는 않는다.

또한, 이때의 열의 흐름이 도 8c에 도시되어 있다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 생성된 열은 각 웜셀(200,300,400,500)의 바디부의 모서리를 따라 열전달경로(50)를 거쳐, 인접하는 웜셀의 앵커로 전달된다. 구체적으로, 제3 웜셀(300)을 기준으로 설명하면, 제3 웜셀(400)의 바디부(420)의 열은 모서리를 통해 레그부를 거치지 않고 열전달경로(50c)에 의해 제1 웜셀(200)의 제2 앵커(230-2)와 제4 웜셀(500)의 제1 앵커(530-1)로 빨리 전달된다. 즉, 2개의 인접하는 웜셀의 앵커에 연결되기 때문에, 도 5a 및 도 5b의 실시예에 비해 2배 가량 높은 열전도도를 가질 수 있다.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 앵커 공유 구조를 갖는 감지셀에 대한 웜셀의 구조, 전류의 흐름 및 열의 흐름을 나타내는 도면이다.

도 9a 내지 도 9c은 제1 웜셀(201), 제2 웜셀(301), 제3 웜셀(401) 및 제4 웜셀(501)의 4개 웜셀을 구비하지만, 위의 실시예와 달리, 2개의 웜셀이 하나의 앵커를 공유한다(이하, '공유 앵커'라 칭함). 도 9a를 참조하면, 정중앙에 위치하는 앵커는 제1 웜셀(201)과 제3 웜셀(401)이 공유하는 공유 앵커이다. 이때, 제2 웜셀(301)과 제4 웜셀(501)의 바디부의 모서리는 열전달경로(50c)에 의해 상기 공유 앵커에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 다른 앵커들 역시 공유 앵커일 수 있고, 열전달경로에 의해 2개의 인접 웜셀의 바디부 모서리와 연결될 수 있다. 이때, 각 웜셀(201,301,401,501)의 서미스터(211,311,411,511)는 서로 다른 방향으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 웜셀(201)의 서미스터(211)는 인접하는 웜셀(301,401)의 서미스터(311,411)와 직교하는 방향으로 배치되고, 제4 웜셀(501)의 서미스터(511)와는 평행한 방향으로 배치될 수 있다. 마찬가지로, 제3 웜셀(401)의 서미스터(411)는 제1 웜셀(201)과 제4 웜셀(501)의 서미스터(211,511)와 직교하는 방향으로 배치되고, 제2 웜셀(301)의 서미스터(311)와는 평행한 방향으로 배치될 수 있다.

이와 같은 구조를 가지는 웜셀 어레이에 의하면, 전류의 흐름이, 도 9b에 도시된 바와 같이, 각각의 웜셀(201,301,401,501)에 구비된 레그와 앵커(공유 앵커를 포함)에 의해 기판으로 인도된다. 또한, 열의 흐름은 도 9c에 도시된 바와 같이, 열전달경로(50)에 의해 연결된 인접 웜셀의 앵커(또는 공유 앵커)로 전달된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 검출기의 웜셀은, 감지셀과 열적/전기적 특성이 동일한 바디부를 갖되, 상이한 열전도도만을 가질 수 있게 된다.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 웜셀의 구조, 전류의 흐름 및 열의 흐름을 나타내는 도면이다. 도 10a 내지 도 10c에 도시된 제1 웜셀(202), 제2 웜셀(302), 제3 웜셀(402) 및 제4 웜셀(502)이 총 4개의 웜셀은, 바로 인접하는 웜셀과 앵커를 공유한다. 위에서와 마찬가지로 이를 공유앵커라 칭하기로 한다. 이는, 각 웜셀(202,302,402,502)의 레그가 위에서 설명된 실시예와 달리 형성되기 때문에 가능한 구조이다.

구체적으로, 도 8a 내지 도 9c의 실시예에서는 레그가 웜셀의 한 변을 따라서 이어진다. 즉, 레그가 바디부의 모서리로부터 시작되어, 바디부의 1개의 변을 따라 연장된다. 또한, 레그와 상기 1개의 변이 소정 거리 이격되어 있다. 도 8a 내지 도 9c의 실시예에서는 바디부가 대략 사각형의 구성이므로, 사각형의 마주보는 변을 따라 레그가 각각 반대 방향으로 연장되는 형상을 취했다.

이와 달리, 도 10a 내지 도 10c에서는, 감지셀의 열전도도를 줄일 목적으로 레그의 길이를 늘리기 위하여, 레그가 바디부의 2개의 변을 따라 이어진다. 즉, 레그가 바디부의 모서리로부터 시작되어, 바디부의 2개의 변을 따라 연장되며, 레그와 2개의 변 사이에는 소정의 이격 거리가 존재한다.

더욱 구체적으로, 바디부가 대략 사각형의 구성이므로, 각각의 레그는 꼭지점을 공유하는 2개의 변을 따라서, 구부러진 'L'자 형상을 가진다. 도 10a의 제2 웜셀(302)과 제3 웜셀(402)은 앵커를 공유하며, 공유하는 앵커와 각 웜셀(302,402)의 바디부(312,412)가 열전달경로(50)에 의해 연결된다. 이때 각 웜셀(202,302,402,502)의 서미스터는 동일한 방향으로 배열되는 것이 바람직하다.

도 10a의 구조를 갖는 경우의 전류 흐름과 열 흐름은 도 10b 및 도 10c에 도시된 바와 같다. 즉, 감지셀에서 원격 적외선 신호에 의해 생성되는 전류는 바디부에서 2개의 변을 따라 연장되는 레그를 거쳐, 앵커를 통해 기판으로 전달된다.

반면, 기준셀로 사용하는 웜셀에서는 상기 감지셀과 동일한 바디부, 레그부와 앵커를 갖되, 열전도도를 늘리기 위한 열의 흐름은 바디부의 모서리에서 레그를 거치지 않고, 열전달경로(50)을 통해 반대편 공유 앵커로 전달되므로, 열전도도를 높힐 수 있게된다.

이상에서 웜셀의 배치, 레그 및 앵커의 구조와 형태에 대한 다양한 실시예를 설명했지만, 이는 어디까지나 실시예에 불과하고, 이와 다른 형태의 배치와 구조를 가질 수 있음은 당업자에 자명할 것이다.

마지막으로, 도 11a 내지 도 11d는 본 발명에 따른 웜셀 어레이의 다양한 배열을 개략적으로 도시한다. 도 11a는 2×2의 배열을 갖는 웜셀 어레이, 도 11b는 2×4의 배열을 갖는 웜셀 어레이, 도 11c는 4×2의 배열을 갖는 웜셀 어레이, 도 11d는 3×3의 배열을 갖는 웜셀 어레이이다. 이러한 웸셀어레이가 마이크로 볼로미터 어레이의 동일한 열에 여러 감지셀이 공유하는 기준셀로 사용되기 위해서는(도 1 참조), 실제 칩상에서는 하나의 열내에 일열로 배열될 수 있다.

전기 저항이 R₁이고 열저항이 R_th1인 웜셀과 전기적 저항이 R₂고 열저항이 R_th2인 웜셀을 병렬로 연결한 경우, 전체 전기 저항(R_r)과 전체 열저항(R_th,ref)은 아래의 수학식(3) 및 (4)로 계산될 수 있다.

‥‥‥‥‥‥‥수학식(3)

‥‥‥수학식(4)

위의 수학식(3) 및 (4)를 참조하면, 동일한 웜셀 N개를 병렬 연결하는 경우, 등가적 전기 저항은 1/N배가 되고, 등가적 열 저항도 1/N배가 되어, 전기 저항과 열 저항이 모두 줄어듦을 알 수 있다.

또한, 전기 저항이 R₁이고 열 저항이 R_th1인 웜셀과 전기적 저항이 R₂고 열 저항이 R_th2인 웜셀을 직렬로 연결한 경우, 전체 전기 저항(R_r)과 전체 열저항(R_th,ref)은 아래의 수학식(5) 및 (6)으로 계산될 수 있다.

‥‥‥‥‥‥‥수학식(5)

‥‥‥‥수학식(6)

위의 수학식(5) 및 (6)을 참조하면, 동일한 웜셀 M개를 직렬 연결하는 경우, 등가적 전기 저항은 M배가 되어 늘어나나, 등가적 열 저항은 1/M배로 줄어듦을 알 수 있다.

이처럼, 웜셀을 직렬과 병렬로 적절히 배열함으로써, 원하는 전기 저항과 열 저항을 가진 웜셀 어레이를 구현할 수 있다. 각각의 실시예에 따르면, 열 저항값이 위의 수식에 의해서 달라지게 된다. 즉, 도 11a와 같이 2×2의 배열을 갖는 웜셀 어레이에서 전체 열 저항은 단위 웜셀 열 저항값의 1/4이 되고, 도 11b이나 도 11c와 같이 2×4 혹은 4×2의 배열을 갖는 웜셀 어레이에서는 전체 열저항은 단위 웜셀 열 저항값의 1/8이 되며, 도 11d와 같이 3×3의 배열을 갖는 웜셀 어레이에서는 단위 웜셀 열 저항값의 1/9이 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 웜셀 어레이는, 배열의 변경을 통해 열 저항값을 용이하게 변화시킬 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따른 웜셀 어레이에 포함된 복수의 웜셀 각각은 스위치(미도시)에 의해서 온(on)/오프(off)될 수도 있다. 즉, 각각의 웜셀에 트랜지스터와 같은 스위칭 소자를 연결함으로써, 각 웜셀을 개별적으로 온/오프할 수 있게 된다.

물론, 트랜지스터를 이용한 스위치가 아닌, 각 웜셀을 개별적으로 스위칭할 수 있는 회로구조 혹은 소자를 이용할 수도 있을 것이다. 이는 당업자에 의해 적절히 선택 가능하다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥감지회로
20‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥기준회로
21‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥기준셀
30‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥CTIA
50‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥열전달경로
100‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥감지셀
200,300,400,500‥‥‥‥‥‥‥‥제1 내지 제4 웜셀
210,310,410,510‥‥‥‥‥‥‥‥제1 내지 제4 웜셀의 서미스터
220,320,420,520‥‥‥‥‥‥‥‥제1 내지 제4 웜셀의 바디부
230-1,230-2‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥제1 웜셀의 앵커
240-1,240-2‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥제1 웜셀의 레그
330-1,330-2‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥제2 웜셀의 앵커
340-1,340-2‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥제2 웜셀의 레그
430-1,430-2‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥제3 웜셀의 앵커
440-1,440-2‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥제3 웜셀의 레그
530-1,530-2‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥제4 웜셀의 앵커
540-1,540-2‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥제4 웜셀의 레그

Claims (13)

1개 이상의 단위 웜셀로 구성된 웜셀 어레이를 기준셀로 사용하는 마이크로 볼로미터 어레이 센서로서,
상기 단위 웜셀은,
서미스터를 포함하는 바디부;
상기 바디부의 모서리로부터 연장된 2개의 레그;
상기 레그의 종단으로부터 각각 연장되는 2개의 앵커; 및
자기가열 또는 원격 적외선 신호에 의해 생성된 열을, 인접하는 웜셀의 앵커 또는 공유 앵커로 배출시키는 열전달경로;를 포함하고,
상기 단위 웜셀은, 감지셀과 동일한 바디부, 레그 및 앵커 구조를 갖는, 마이크로 볼로미터 어레이 센서.

제1항에 있어서,
상기 열전달경로는, 상기 바디부의 모서리와 상기 인접하는 2개 이상의 단위 웜셀의 앵커 사이에 연결되는, 마이크로 볼로미터 어레이 센서.

제1항에 있어서,
상기 열전달경로의 크기에 의해 상기 단위 웜셀의 열전도도가 조절되는, 마이크로 볼로미터 어레이 센서.

제1항에 있어서,
상기 레그는, 상기 바디부의 모서리로부터 상기 바디부의 1개의 변을 따라 연장되고, 상기 1개의 변과 상기 레그는 소정 거리 이격되는, 마이크로 볼로미터 어레이 센서.

제1항에 있어서,
상기 레그는 온도 변화에 의해 생성되는 상기 서미스터의 양단에 흐르는 전류를 기판으로 인도하고, 상기 열전달경로는 상기 전류의 흐름을 차단하는, 마이크로 볼로미터 어레이 센서.

제1항에 있어서,
상기 바디부, 상기 레그 및 상기 열전달경로는 동일 평면상에 배치되는, 마이크로 볼로미터 어레이 센서.

제1항에 있어서,
상기 웜셀 어레이에 포함된 복수의 단위 웜셀 각각의 온/오프를 스위칭하는 스위치;를 더 포함하는, 마이크로 볼로미터 어레이 센서.

제1항에 있어서,
상기 레그는 상기 바디부의 모서리에서 돌출되어, 상기 바디부의 2개의 변을 따라 연장되며, 상기 2개의 변과 상기 레그는 소정 거리 이격되는, 마이크로 볼로미터 어레이 센서.

제1항에 있어서,
상기 열전달경로는 실리콘 질화막 혹은 실리콘 산화막 보호층으로 이루어진, 마이크로 볼로미터 어레이 센서.

삭제

제1항에 있어서,
상기 열전달경로는, 상기 바디부의 모서리와 상기 공유 앵커 사이에 연결되는, 마이크로 볼로미터 어레이 센서.

적외선 신호를 수신하여 전류 신호를 출력하는 복수의 감지셀; 및
기준셀로서 상기 감지셀에 대한 기준 전류 신호를 생성하는, 제1항 내지 제9항, 제11항 중 어느 한 항에 기재된 웜셀 어레이;를 포함하는, 적외선 검출기.

제12항에 있어서,
상기 감지셀과 상기 단위 웜셀은 바디부내에서의 열 흐름과 전류 흐름 패턴이 서로 동일하고, 상기 열전달경로에 의하여 열전도도만 상이한, 적외선 검출기.

Images