V-Zn계 산화물을 이용한 마이크로볼로미터적외선 센서의 구현

마이크로볼로미터 적외선 센서는 인체감지, 전자부품의 품질검사, 에너지 절감, 산업시설감시 및 군사용으로 다양하게 적용되고 있다. 기존에 이러한 적외선 센서의 감지재료로 VOx 또는 비정질 Si이 가장 많이 사용되고 있으며, VOx는 감도가 높고, 세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 물질이다. 본 연구에서는 기존의 VOx 박막 증착법을 개선하여 Zn 산화물 박막을 혼용한 적외선 감지재료를 이용한 마이크로볼로미터 제작 및 특성에 대해 보고한다. RF sputtering 방법으로 약 140 nm의 VOx/ZnO/VOx 샌드위치 박막을 증착하고, 산소분위기에서 열처리함으로써 온도저항계수(TCR)가 약 -3.0 %/K의 값을 갖는 특성을 구현하였다. 갓 증착된 V-Zn 박막에서는 XRD 스펙트럼에서는 V2O5 관련 피크가 주로 관측되었으며, 산소열처리에 의해 VO2 피크가 새롭게 관측되었다. 볼로미터 감지소자는 유효면적 $50{\times}50{\mu}m^2$ 으로 bulk micromaching 공정을 통해 제작하였다. Si 기판위에 SiNx 박막을 PECVD 장치를 이용하여 증착하였으며, 적외선 감지층으로 V-Zn 산화물을 RF sputtering 방법으로 증착하여 열처리 후 SiNx passivation 박막으로 보호하였다. 열적고립을 위해 패터닝 후 Si 기판을 KOH 용액을 이용하여 약 $20{\mu}m$ 식각하여 소자를 구현하였다. 제작된 소자의 특성을 평가한 결과 반응도는 1.57e+4 V/W, 탐지도는 $8.79e+7cmHz^{1/2}/W$를 얻을 수 있었다. 소자의 동작 특성을 평가하기 위해 진공 압력을 1e-3 torr 이하에서 thermoelectric cooler를 장착한 metal package를 제작하여 동작온도에 따른 특성을 평가하였다. 동작온도를 $10^{\circ}C{\sim}40^{\circ}C$로 하여 측정한 결과 동작온도가 증가할수록 신호전압은 감소함을 알 수 있었다.