• 센서학회지
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• 제11권4호
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• pp.247-253
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• 2002

초전형 적외선 센서를 제작하기 위하여 rf 마그네트론 스퍼터링법으로 $(Pb,La)TiO_3(PLT)$/$LiTaO_3$(LTO)/PLT 강유전 박막을 증착한 후 급속 열처리하여 열처리 온도와 시간에 따른 결정성을 조사하였다. 강유전 박막의 c축 배향도에 따른 비유전율 및 유전손실을 측정하고 C축 배향도가 가장 큰 강유전 박막으로 제작된 센서에 대해 초전계수를 측정하여 센서의 전압응답에 대한 성능지수($F_V$)와 감도에 대한 성능지수($F_D$)를 구하였다. 얻어진 $F_V$, $F_D$는 각각 $6.15{\times}10^{-10}\;C{\cdot}cm/J$, $1.98{\times}10^{-8}\;C{\cdot}cm/J$였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.361-361
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• 2013

비냉각 적외선 검출소자는 빛이 전혀 없는 환경에서도 사물을 감지하는 열상장비의 핵심소자이다. 마이크로볼로미터 적외선 검출기는 상온에서 동작하며, 온도안정화를 위해 TEC를 장착하여 진공패키지로 조립된다. 패키지는 진공을 유지할 수 있도록 일반적으로 메탈로 제작되며, 단가 감소 및 생산성 증대를 위해 wafer level packaging 방법을 이용한다. 마이크로볼로미터의 특성은 패키지의 진공 변화에 매우 민감하다. 센서의 감도를 증가시키기 위해서는 진공환경을 유지해야 한다. 볼로미터 소자의 특성은 상압에서 열전도는 기판과 멤브레인 사이의 에어갭을 통해 열손실을 야기하므로 센서의 반응도가 현저히 줄어든다. 에어갭이 1 um 정도 되더라도 그 사이에 존재하는 열전도가 가능하므로 진공을 유지하여 열고립 상태를 증대시킬 수 있다. 이에 본 연구에서는 소자의 동작시 압력, 즉 진공도가 볼로미터 소자의 반응도 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 마이크로볼로미터 소자는 $2{\times}8$ 어레이 형태로 제작하였으며, metal pad를 각 단위셀에 배치하였으며, 공통전극으로 한 개의 metal pad를 넣어 설계하였다. 흡수체로써 VOx를 사용하였으며, 열 고립구조를 위해 2.5 um 공명 흡수층의 floating 구조로 멤브레인을 형성하였다. 진공패키지는 메탈패키지를 제작하여 볼로미터 칩을 TEC 위에 장착하였으며, 신호의 감지를 위해 가변저항을 매칭시켰다. 반응도는 신호 대 잡음 값을 획득하여 소자에 도달하는 적외선 에너지에 대해 반응하는 값을 계산에 의해 얻어내는 것이다. 픽셀 크기는 $50{\times}50$ um이며, 패키지 조립 공정 후 온도변화에 따른 저항 측정을 통해 TCR 값을 얻었다. 이때 TCR은 약 -2.5%/K으로 나타났다. $2{\times}8$의 4개 단위소자에 대해 측정한 값은 균일하게 TCR 값이 나타났다. 광반응 특성은 볼로미터 단위소자에 대해서 먼저 고진공(5e-6 torr) 하에서 측정하였으며, 반응도는 25,000 V/W의 값을 나타내었고, 탐지도는 약 2e+8 $cmHz_{1/2}$/W로 나타났다. 패키지의 압력 조절을 위해 TMP 및 로터리 펌프를 이용하여 100 torr에서 1e-4 torr의 범위에서 압력조절 밸브를 이용하여 질소가스의 압력으로 진공도를 변화시켰다. 적외선 반응신호는 압력이 증가함에 따라 감소하였으며, 2e-1 torr의 압력에서 신호의 크기가 감소하기 시작하여 5 torr에서 반응도의 1/2 값을 나타냄을 알 수 있었다. 30 torr 이상에서는 신호가 잡음값 과거의 동일하여 신호대 잡음비가 1로 나타남을 알 수 있었다. 또한 진공도 변화에 대해, 흑체온도에 따른 반응도 및 탐지도의 특성을 조사한 결과를 발표한다. 반응도의 증가를 위해 진공도는 진공도는 1e-2 torr 이하의 압력을 유지해야 함을 본 실험을 통해 알 수 있었다.

• 디지털융복합연구
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• 제13권9호
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• pp.251-257
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• 2015

최근에는 물체의 움직임을 감지하는 기술은 에너지 절약, 충돌방지, 자동문 개폐 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 도플러 센서는 기존의 적외선 센서, 초음파 센서들의 문제점을 보완할 수 있는 센서로 온도, 잡음, 먼지 등과 같은 주변 환경에 큰 영향을 받지 않는다. 본 논문에서는 24시간 점등되어 있는 LED조명등을 도플러 센서로 물체가 감지 될 때만 ON, 없을 때는 OFF상태로 전환하고, LED조명등의 조도를 2단으로 제어하는 컨버터를 개발하였다. 개발된 도플러 센서 모듈과 절전형 제어 컨버터를 주차장등에 적용하여 절전 효과를 증명하였다.

• 센서학회지
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• 제5권3호
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• pp.87-92
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• 1996

Pb과잉인 PLT 타겟을 이용하여 MgO(100) 단결정 기판위에 고주파 마그네트론 스펏터링법으로 PLT박막을 제조하였으며, c-축 배향에 따른 물리적 및 전기적 특성을 조사하였다. PLT박막의 c-축 배향성은 제조조건에 따라 변화하며, 본 연구에서의 제조조건은 기판온도가 $640^{\circ}C$, 분위기압이 10 mTorr, $Ar/O_{2}$비가 10 및 고주파 전력밀도가 $1.7 W/cm^{2}$이었다. 이러한 조건에서 제조된 PLT 박막은 표면에서의 Pb/Ti 비가 1/2, 저항률이 $8{\times}10^{11}{\Omega}{\cdot}cm$ 및 비유전률이 110 이었다. PLT박막을 이용하여 초전형 적외선 센서를 제조하였으며, 제조된 적외선 센서의 피크 대 피크 전압은 450 mV, 신호대 잡음비는 7.2 였다.

• 한국감성과학회:학술대회논문집
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• 한국감성과학회 2009년도 추계학술대회
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• pp.87-90
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• 2009

본 연구는 HMD(Head Mounted Display), 적외선 카메라, 웹 카메라, 데이터 글러브, 그리고 생리신호 측정 센서를 이용한 증강현실 게임 플랫폼 설계를 목적으로 하고 있다. HMD 는 사용자의 머리의 움직임을 파악하고, 사용자에게 가상 물체를 디스플레이화면에 제공한다. 적외선 카메라는 HMD 하단에 부착하여 사용자의 시선을 추적한다. 웹 카메라는 HMD 상단에 부착하여 전방 영상을 취득 후, 현실영상을 HMD 디스플레이를 통하여 사용자에게 제공한다. 데이터 글러브는 사용자의 손동작을 파악한다. 자율신경계반응은 GSR(Galvanic Skin Response), PPG(PhotoPlethysmoGraphy), 그리고 SKT(SKin Temperature) 센서로 측정한다. 측정된 피부전기반응, 맥파, 그리고 피부온도는 실시간 데이터분석을 통하여 집중 정도를 파악하게 된다. 사용자의 머리 움직임, 시선, 그리고 손동작은 직관적 인터랙션에 사용되고, 집중 정도는 직관적 인터랙션과 결합하여 사용자의 의도파악에 사용된다. 따라서, 본 연구는 멀티모달 인터랙션을 이용하여 직관적 인터랙션 구현과 집중력 분석을 통하여 사용자의 의도를 파악할 수 있는 새로운 증강현실 게임 플랫폼을 설계하였다.

• 센서학회지
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• 제8권3호
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• pp.259-264
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• 1999

The $CO_2$ measuring system using infrared sensor has the variance according to the temperature change. Therefore, the temperature compensation should be needed to obtain a reliable measurement. In this study, the sensor module consist of infrared $CO_2$ Sensor, IR Source, pipe and the heater and measuring system has amplifier, A/D converter and microprocessor. And we suggest a method to reduce the error by using the PID temperature control. We use optimum parameters setting of Ziegler & Nichols as well as PID temperature control algorithm for the temperature compensation. In this method, PID optimum parameter is set from dummy time(L) and maximum slope(R). As a result of using this PID temperature control, it is founded that it has the fast response and low steady state error. Therefore, it is certainly proved that this is very suitable algorithm to correct the error on measurement.

• 전자공학회논문지SC
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• 제46권6호
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• pp.50-57
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• 2009

본 논문에서는 뜸의 열적 효과를 구현할 수 있는 심부 열 자극 시스템을 제작하고 뜸 자극에 의한 온도변화와 유사한 자극 프로토콜을 설계하고 평가하였다. 뜸은 질병에 대한 면역력을 높이고 질병을 치유하는데 사용하지만, 체표면에 화상을 입히는 부작용 및 열 자극의 세기를 조절하기 힘든 한계점이 있다. 이런 한계점을 극복하기 위해 자극의 세기 조절이 용이한 고주파 심부 열 자극 시스템을 개발하고, 심부에 뜸과 동일한 열 자극을 전달할 수 있는 프로토콜을 제안하여 뜸의 심부온도와 비교 하였다. 심부의 온도측정은 고주파의 영향을 받지 않는 적외선 열 센서를 사용해 측정하였고, 적외선 열 카메라 및 thermometer를 이용해 온도를 측정하고 비교하였다. 뜸과 심부 열 자극 시스템을 이용하여 심부에 자극을 인가한 후 측정한 온도변화를 비교한 결과, 표피에 가까울수록 유사한 온도 변화 패턴을 보여준 반면 심부로 내려갈수록 심부 열 자극 시스템의 열적효과가 뜸에 비해 더 효과적인 것을 알 수 있었다. 이를 통해 제작한 심부 열 자극 시스템과 열 자극 프로토콜의 유용성을 확인 할 수 있었다.

• 한국측량학회지
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• 제36권4호
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• pp.263-270
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• 2018

지표면 온도는 지면-대기의 상호 순환을 이해하는데 중요한 요소로 알려져 있지만 시공간적 변동성이 크기 때문에 정규적인 관측은 거의 이루어지지 못하고 있다. 기존의 지표면 온도는 위성 영상을 이용하여 관측하고 있지만 위성의 특성상 긴 재방문주기와 낮은 정확도의 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 기존의 위성 영상을 활용한 지표면 온도 관측의 대체가능성을 확인하기 위해 무인항공기에 열적외선 센서를 탑재하여 단일 영상을 취득하였다. 취득된 영상은 JPEG 영상에서 TiFF 영상으로 변환하여 정사영상을 제작하였으며 정사영상의 DN값을 이용하여 실제 지표면 온도로 계산하였다. 계산된 피복별 지표면 온도의 정확도를 평가하기 위해 영상촬영과 동시에 적외선 온도계로 직접 관측한 지표면 온도와 비교하였다. 두 가지 방법으로 관측한 지표면 온도를 비교 했을 때, 모든 피복들에 대해서 정확도가 열적외선 센서의 관측 정확도 이하로 나타났다. 따라서 무인항공기에 탑재된 열적외선 센서를 이용하여 기존의 지표면 온도 관측 방법인 위성 영상의 대체 가능성을 확인하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 추계학술발표대회
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• pp.24.2-24.2
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• 2009

Indium Antimonide(InSb)는 $3{\sim}5\;{\mu}m$대 적외선 감지영역에서 기존 HgCdTe(MCT)를 대체할 물질로 각광받고 있다. 1970년대부터군사적 용도로 미국, 이스라엘 등 일부 선진국에서 연구되기 시작했으며,이온주입, MOCVD, MBE 등 다양한 공정을 통해 제작되어 왔다. InSb 적외선 감지소자는 $3{\sim}5{\mu}m$대에서 HgCdTe와 성능은 대등한데 반해, 기판의 대면적화와 저렴한 가격, 우주공간 및 야전에서 소자 동작의안정성 등으로 InSb적외선 감지기는 냉각형 고성능 적외선 감지영역에서 HgCdTe를 대체해 가고 있다. 하지만 InSb는 77 K에서 0.225eV의 작은 밴드갭을 갖고 있기 때문에 누설전류로 인한 성능저하가 고질적인문제로 대두되었고, 이를 해결하기 위한 고품질 절연막 연구가 InSb적외선 수광 소자 연구의 주요이슈 중 하나가 되어왔다. 그 동안 PECVD, photo-CVD, anodic oxidation 등의 공정을 이용하여 $SiO_2$, $Si_3N_4$, 양극산화막(anodic oxide) 등 다양한 절연막에 대한 연구가 진행되었고[1,2], 절연막과 반도체 사이 계면에서의 열확산을 억제하여 계면트랩밀도를 최소화하기 위한 공정개발이 이루어졌다[3]. 하지만 InSb 적외선 감지기술은 국방 및 우주개발의 핵심기술중 하나로 그 기술의 이전이 엄격히 통제되고 있으며, 현재도 미국과 이스라엘, 일본, 영국 등 일부 선진국 만이 기술을 확보하고 있고, 국내의 경우 연구가 매우 취약한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 InSb 적외선 감지기의 암전류를 제어하기 위한 낮은 계면트랩밀도를 갖는 절연막 증착 공정을 찾고자 하였다. 본 연구에서는 n형 (100) InSb 기판 ($n=0.2{\sim}0.85{\times}10^{15}cm^{-3}$ @ 77K)에 PECVD를 이용하여 $SiO_2$, $Si_3N_4$ 등을 증착하고 절연막으로서 이들의 특성을 비교 분석하였다. $SiO_2$는 160, 200, $240^{\circ}C$에서 $Si_3N_4$는 200, $300^{\circ}C$에서 증착하였다. Atomic Force Microscopy(AFM) 사진으로 확인한 결과, 모든 샘플에서표면거칠기가 ~2 nm의 평탄한 박막을 얻을 수 있었다. Capacitance-Voltage 측정(77K)을 통해 절연막 특성을 평가하였다. $SiO_2$와 $Si_3N_4$ 모두에서 온도가 증가할수록 벌크트랩밀도가 감소하는 경향을 볼 수 있었는데, 이는 고온에서 증착할 수록 박막 내의 결함이 감소했음을 의미한다. 반면계면트랩밀도는 온도가 증가함에 따라, 1011 eV-1cm-2 대에서 $10^{12}eV^{-1}cm^{-2}$ 대로 증가하였는데, 이는 고온에서 증착할 수 록 InSb 표면에서의 결함은 증가하였음을의미한다. 암전류에 큰 영향을 주는 것은 계면트랩밀도 이므로, $SiO_2$와 $Si_3N_4$ 모두 $200^{\circ}C$이하의 저온에서 증착시켜야 함을 확인할 수 있었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.28.2-28.2
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• 2009

군사적, 산업적 용도로 널리 활용되고 있는 적외선 검출기는 InSb, HgCdTe(MCT)와 같은 물질들을 감지 소자로 사용하고 있다. 현재 가장 많이 사용되는 MCT는 적외선의 전 영역을 감지할 수 있는 장점이 있지만, 대면적 제작이 어려운 단점이 있다. 이에 비해 InSb는 안정적인 재료의 특성, 높은 전하이동도($1.2\times10^6\;cm^2/Vs$) 그리고 대면적 소자 제작의 가능성 등이 높게 평가되어 차세대 적외선 검출소자로 각광 받고 있다. InSb 적외선 수광 소자는 1970년대부터 미국을 중심으로 이온주입, MOCVD 또는 MBE와 같은 다양한 공정을 이용하여 제작되어 왔으며, 앞으로도 군수용 제품을 비롯하여 산업전반에서 더욱 각광을 받을 것으로 예상된다. 하지만 InSb는 77 K에서 0.225 eV의 상대적으로 작은 밴드갭을 갖고 있기 때문에 누설전류로 인한 성능저하가 고질적인 문제로 대두되었고, 이를 해결하기 위한 고품질 절연막 연구가 InSb 적외선 수광 소자 연구의 주요 이슈 중 하나가 되어왔다. PECVD, photo-CVD, anodic oxidation 등의 공정을 이용하여 $SiO_2$, $Si_3N_4$, 양극산화막(anodic oxide) 등 다양한 물질들에 대한 연구가 진행되었고[1,2], 산화막과 반도체 계면에서의 열확산을 억제하여 계면트랩밀도를 최소화하기 위한 연구도 활발히 이루어졌다[3]. 하지만 InSb 소자의 성능개선을 위한 최적화된 산화막에 대한 연구는 여전히 불충분한 실정이다. 본 연구에서는 n형 (100) InSb 기판 (n = 0.2 ~ $0.85\times10^{15}cm^{-3}$ @ 77 K)을 이용하여 양극산화막, $SiO_2$, $Si_3N_4$ 등을 증착하고 절연막으로서 이들의 특성을 비교 분석하였다. 양극산화막은 상온에서 1 N KOH 용액을 이용하여 양극산화법으로 증착하였으며, $SiO_2$, $Si_3N_4$는 PECVD로 $150^{\circ}C$에서 $300^{\circ}C$까지 온도를 변화시켜가며 증착하였다. SEM분석과 XPS분석으로 두께의 균일도와 절연막의 조성, 계면확산 정도를 확인하였으며, I-V와 C-V 커브측정을 통해 각 절연막의 전기적 특성을 평가하였다. 이 분석들을 통해 각각의 공정 조건에 따른 절연막의 상태를 전기적 특성과 관련지어 설명할 수 있었다.