• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제5권1호
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• pp.45-51
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• 2005

We have developed surface micromachined Infrared ray (IR) focal plane array (FPA), in which single $SiO_{2}$ layer works as an IR absorbing plate and $Pb(Zr_{0.3}Ti_{0.7})O_{2}$ thin film served as a thermally sensitive material. There are some advantages of applying $SiO_{2}$ layer as an IR absorbing layer. First of all, the $SiO_{2}$ has good IR absorbance within $8{\sim}12{\mu}m$ spectrum range. Measured value showed about 60% absorbance of incident IR spectrum in the range. $SiO_{2}$ layer has another important merit when applied to the top of Pt/PZT/Pt stack because it works also as a supporting membrane. Consequently, the IR absorbing layer forms one body with membrane structure, which simplifies the whole MEMS process and gives robustness Ito the structure.

• 전기학회논문지
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• 제60권12호
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• pp.2311-2317
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• 2011

In this paper, we study the temperature change of a ${\mu}$-bolometer focal plane array with a capacitive transimpedance amplifier bias cancellation circuit. Thermal analysis is essential to understand the performance of a ${\mu}$-bolometer focal plane array, and to improve the temperature stability of a focal plane array characteristics. In this study, the thermal analyses of a ${\mu}$-bolometer and its two reference detectors are carried out as a function of time. The analyses are done with the $30{\mu}m$ pitch $320{\times}240$ focal plane array operating of 60 Hz frame rate and having a columnwise readout. From the results, the temperature increase of a ${\mu}$-bolometer in FPA by an incident IR is estimated as $0.689^{\circ}C$, while the temperature increase by a pulsed bias as $7.1^{\circ}C$, which is about 10 times larger than by IR. The temperature increase of a reference detector by a train of bias pulses may be increased much higher than that of an active ${\mu}$-bolometer. The suppression of temperature increase in a reference bolometer can be done by increasing the thermal conductivity of the reference bolometer, in which the selection of thermal conductivity also determines the range of CTIA output voltage.

• 센서학회지
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• 제19권2호
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• pp.130-136
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• 2010

The microbolometer array sensor with fine pitch pixel array has been implemented to the released amorphous silicon layer supported by two contact pads. For the design of focal plane mirror with geometrical flatness, the simple beam test structures were fabricated and characterized. As the beam length decreased, the effect of beam width on the bending was minimized, Mirror deformation of focal plane in a real pixel showed downward curvature by residual stress of a-Si and Ti layer. The mirror tilting was caused by the mis-align effect of contact pad and confirmed by FEA simulation results. The properties of bolometer have been measured as such that the NETD 145 mK, the TCR -2 %/K, and thermal time constant 1.99 ms.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제17권2호
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• pp.12-15
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• 2018

InSb (III-V compound semiconductor) is used for photodiode to detect the mid-wavelength infrared radiation. Generally the quantum efficiency of InSb IR FPAs(Focal Plane Arrays) is known to be determined by thickness of InSb and transmittance of anti-reflection coating layer. In this study, we confirmed that the C-V characteristics of detector array affects the quantum efficiency of the InSb IR FPAs. We fabricated the IR FPAs with various $V_{fb}$(flat band voltage) values and confirmed the tendency between the $V_{fb}$ value and quantum efficiency of the IR FPAs.

• 센서학회지
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• 제18권4호
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• pp.301-306
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• 2009

This paper describes the design and fabrication of 16$\times$16 microbolometer infrared focal plane arrays based on iMEMS technology. Amorphous silicon was used for infrared-sensitive material, and it showed the resistance of 18 Mohm and the temperature coefficient of resistivity of -2.4 %. The fabricated sensors exhibited responsivity of 78 kV/W and thermal time constant of 8.0 msec at a bias voltage of 0.5 V. The array performances had satisfactory uniformity less than 5 % within one-sigma. Also, 1/f noise of pixel was measured and the noise factor of $6\times10^{-11}$ was extracted. Finally, we obtained detectivity of $1.27\times10^9cmHz^{0.5}/W$ and noise equivalent temperature difference of 200 mK at a frame rate of 30 Hz.

• 센서학회지
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• 제31권6호
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• pp.366-370
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• 2022

A 12 ㎛ pixel-sized 360 × 240 microbolometer focal plane array (MBFPA) was fabricated using a complementary metaloxide-semiconductor (CMOS)-compatible process. To release the MBFPA membrane, an amorphous carbon layer (ACL) processed at a low temperature (<400 ℃) was deposited as a sacrificial layer. The thermal time constant of the MBFPA was improved by using serpentine legs and controlling the thickness of the SiNx layers at 110, 130, and 150 nm on the membrane, with response times of 6.13, 6.28, and 7.48 msec, respectively. Boron-doped amorphous Si (a-Si), which exhibits a high-temperature coefficient of resistance (TCR) and CMOS compatibility, was deposited on top of the membrane as an IR absorption layer to provide heat energy transformation. The structural stability of the thin SiNx membrane and serpentine legs was observed using field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The fabrication yield was evaluated by measuring the resistance of a representative pixel in the array, which was in the range of 0.8-1.2 Mohm (as designed). The yields for SiNx thicknesses of SiNx at 110, 130, and 150 nm were 75, 86, and 86%, respectively.

• 대한전자공학회논문지SP
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• 제49권2호
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• pp.35-44
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• 2012

대부분의 최근 적외선 센서는 focal-plane array (FPA) 구조로 되어있다. 이러한 구조의 센서는 공간적 불균일 응답성을 갖는 것으로 알려져 있고, 이로 인해 고정패턴잡음을 발생시킴으로써 영상열화를 가져온다. 따라서 적외선 영상의 고정패턴잡음을 제거하기 위해서는 픽셀 불균일 보정을 해야 한다. 픽셀 불균일 보정기법은 참조물체기반 접근법과 영상기반 접근법으로 나눌 수 있다. 참조물체기반 접근법에서는 흑체와 같은 균일한 온도를 갖는 물체를 이용해서 고정패턴잡음을 분리시킬 수 있는 방법이다. 하지만 센서의 응답성은 시간이 지나면서 변할 수 있기 때문에, 최근에는 비디오 영상을 이용하는 영상기반 접근법이 많이 연구되고 있다. 영상기반 접근법들 중에서 칼만 필터를 기반으로 하는 최신 알고리듬은 영상 간에 움직임 보상 시에 한 방향 워핑을 이용하고 센서의 offset 불균일성만을 보상해준다. 하지만 한 방향 워핑을 이용한 시스템 모델은 영상의 경계 부근에서 고정패턴잡음을 효과적으로 제거하지 못한다. 게다가, offset만 보정하는 접근법은 gain의 불균일성의 영향을 많이 받는 영상에서는 성능이 악화될 수 있다. 그러므로 본 논문에서는 양방향 워핑을 이용하여 시스템 모델링을 하고, gain과 offset의 결합 보정을 수행하는 알고리듬을 제안한다. 모사 영상과 실제 영상에 대한 실험 결과들은 제안하는 알고리듬이 기존 알고리듬들보다 더 효과적으로 고정패턴잡음을 제거하는 것을 확인할 수 있다.

• 한국광학회지
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• 제33권4호
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• pp.146-158
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• 2022

중적외선 카메라의 초점면배열 검출기는 검출기 화소마다 응답 특성이 달라 검출기 화소 간 불균일이 발생한다. 또한 카메라 운용 중 카메라 내부 발열 등의 영향으로도 영상에 불균일이 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해 카메라 제작 단계에서 흑체를 이용해 검출기 화소 간 차이 교정용으로 이득과 오프셋 테이블을 생성해 보정하는 것이 일반적이다. 장비 운용 중 내부 발열 등에 의한 불균일을 보정하는 방법은 입력 영상을 기반으로 한 새로운 오프셋 값을 생성하는 방법을 사용한다. 본 논문에서는 장비 운용 중 발생하는 영상 불균일 보정을 위한 방법으로 입력되는 영상을 블록 형태의 패치로 분할한 후 균질한 영상 패치만 불균일 보정 테이블 생성에 사용하는 기법을 제안하였다. 제안된 기법은 불균일 보정 테이블 생성을 위해 획득하는 영상의 카메라 시선 움직임으로 인해 발생하는 움직임 자국 형태의 인공 패턴 노이즈 발생을 방지할 뿐만 아니라, 적은 수의 영상으로도 불균일 보정 성능 향상을 꾀할 수 있다. 실험 결과 기존 전통적인 영상 기반 불균일 보정 방법에서 발생하는 영상 흐름 자국 형태의 왜곡이 발생하지 않았으며 기존 방법 대비 50% 이상 적은 수의 영상으로도 양호한 보정 성능을 확인할 수 있었다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제22권2호
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• pp.162-169
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• 2019

This paper describes a thermal image processing algorithm for uncooled type TEC-less IR detector which is applicable to fire control system of small arms. We implemented a real-time gain and offset compensation algorithm based on polynomial approximation from the raw dataset which is acquired by two reference temperature of blackbody from various FPA(Focal Plane Array) temperature. Through the experiment, we analyzed the output characteristics of detector's raw-data and compared IR image quality to traditional non-uniformity correction method. It shows that the proposed method works well in all FPA temperature range with low residual non-uniformity.

• 항공우주기술
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• 제11권1호
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• pp.98-102
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• 2012

비냉각형 열상 시스템에 대한 관심이 국방 및 항공우주 분야에서 증가하고 있다. 특히, 국방분야 무기체계에서는 무인화 및 주야간 적군 탐지를 위한 요소기술로 활용되고 있다. 비냉각형 열상 시스템의 연구 분야 중 저비용, 저전력, 소형화를 위한 비냉각형 TEC(Thermal Electric Cooler)-less 열상 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 TEC-less로 운영하기 위해서는 최적화된 불균일보정 계수의 추출 및 적용이 요구된다. 본 논문에서는 TEC-less로 최적화 된 보정 계수 획득 방법으로 선형 보간법을 이용한 보정 계수 추정 방법인 DCCE-LI(Dynamic Calibration Coefficient Estimation with Linear Interpolation)을 제안하고, 실험을 통해 제안 기법이 기존의 정적 보정 계수를 적용한 것에 비해 IR 영상 품질이 우수하고, 실시간 보정 계수 추정이 가능함을 보인다.