• Electrical & Electronic Materials
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• v.15 no.10
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• pp.12-16
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• 2002

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.51 no.10
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• pp.80-86
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• 2014

A low-noise readout circuit is studied for 2-D capacitive microbolometer focal plane arrays (FPAs). In spite of the merits of the integration method, a simple and effective pixelwise readout circuit without integration is used for input circuit because of a small pixel size and narrow noise bandwidth. To reduce the power consumption and the kT/C noise, which is the dominant noise of the capacitive microbolometer FPAs with small capacitance, a new correlated double sampling (CDS) is used for columnwise circuit. The proposed circuit has been designed using a $0.35-{\mu}m$ 2-poly 4-metal CMOS process for a microbolometer array with a pixel size of $50{\mu}m{\times}50{\mu}m$. The proposed circuit effectively reduces the kT/C noise and the other low-frequency noise of microbolometer, and the noise characteristics of the fabricated chip have been verified by measurements. The rms noise voltage of the proposed circuit is reduced from 30 % to 55 % compared to that of the simple readout input circuit, and the noise equivalent temperature difference (NETD) of the proposed circuit is very low value of 21.5 mK.

• Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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• v.52 no.11
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• pp.36-43
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• 2015

A pixel-level readout circuit is studied for 2-dimensional microbolometer focal plane arrays (FPAs). A current mirroring injection (CMI) input circuit with 2-step current-mode bias suppression is proposed for a pixel-level architecture with high responsivity and long integration time. The proposed circuit has been designed using a $0.35-{\mu}m$ 2-poly 4-metal CMOS process for a $320{\times}240$ microbolometer array with a pixel size of $50{\mu}m{\times}50{\mu}m$. The proposed 2-step bias-current suppression has sufficiently low calibration error with wide calibration range, and the calibration range and error can be easily optimized by controlling some design parameters. Due to high responsivity and a long integration time of more than 1 ms, the noise equivalent temperature difference (NETD) of the proposed circuit can be improved to 26 mK, which is much better than that of the conventional circuits, 67 mK.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.252-252
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• 2010

적외선 센서는 빛의 유무에 관계없이 주 야간 전방의 물체에서 발산하는 미약한 적외선(열선)을 감지하여 영상으로 재현하는 열상시스템은 자동차 야간 운전자 보조용 나이트 비젼, 핵심 시설의 감시 관리, 군수 등의 분야에 적용되어지고 있는 최첨단, 고부가가치를 지니고 있는 기술이다. 양자형은 센서 특성은 좋으나 냉각기(작동온도: $-196^{\circ}C$) 및 고진공 패키지인 dewar를 사용하는 반면에, 열형은 대부분 상온에서 동작되는 온도안정화를 위한 전자냉각모듈만을 구비하면 되므로 저가형으로 제작이 가능한 비냉각형 적외선 센서이다. 본 연구에서는 적외선 센서용 진공패키지 조립공정 및 패키지된 센서의 측정기술을 개발하였다. 금속 메탈패키지를 제작하였으며, 금속 진공패키지는 소자냉각용 TE Cooler와 장수명 진공유지를 위한 getter, 그리고 센서칩, 온도센서를. 장착하여 칩을 조립하였다. Cap ass'y와 base envelop의 솔더링 공정을 수행하였으며, 진공패키지의 진공유지를 위해 TMP를 이용하여 진공을 유지하고, 약 5일동안 패키지 bake-out을 수행하였다. 진공압력은 $10^{-7}\;torr$ 이하를 유지하였으며, getter를 활성화시키고, pinch-off 공정으로 조립 ass'y를 완성하였다. 진공 패키지의 기밀성은 He leak tester를 이용하여 측정하였으며, ${\sim}10^{-9}\;std.cm^3/sec$로 기밀성을 유지하였다. TE cooler를 작동한 온도안정성은 0.05 K 이하였다. 볼로미터 센서의 반응도는 $10^2\;V/W$ 이상을 나타내었으며, 탐지도는 $2{\times}10^8cm-Hz^{1/2}/W$를 나타내었다. 본 연구를 통하여 얻어진 결과는 향후 2차원 열영상용 어레이 검출기 및 웨이퍼수준의 패키징 공정에 유용하게 응용될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.234-234
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• 2013

VOx 박막은 마이크로볼로미터 적외선 센서의 감지재료로 주로 사용된다. 일반적으로 VOx 박막은 RF sputtering 방법으로 증착이 되며, 이 때 저항 값은 수 kohm~수 Mohm, TCR 값은 -1.5~-2.0%/K까지 다양하게 변화되어 나타난다. 이는 산소의 phase가 여러가지로 변화되기 때문에 재현성이 떨어지는 단점이 있으며, 결정성있는 박막을 증착하기 어려운 문제들이 있다. 본 연구에서는 VOx 박막의 재현성 및 재료의 안정성을 위해 ZnO 물질을 첨가하여 sandwich 구조의 나노박막을 증착하여 산소 열처리를 통해 산소의 phase가 어떻게 변화되는가를 XRD 측정을 통해 조사하였다. ZnO 나노박막을 첨가함으로써 갓 증착되었을 때의 XRD는 V2O5 주된 상을 이루고 있었으며, 산소열처리에 의해 VO2상이 나타남을 알 수 있었다. 또한 V2O5 phase가 표면쪽의 얇은 층에서 주로 나타나고, 중간층은 V2O5와 VO2 phase 가 혼합된 형태로 존재함을 X-ray diffraction 분석을 통해 알 수 있었다. 또한 GIXRD 측정을 통해 깊이에 따른 혼합 phase가 주로 VO2에 의해 형성된 것임을 확인할 수 있었다. 또한 산소열처리의 온도 및 시간에 따라 XRD 특성을 조사하였으며, 최적의 열처리 조건을 XRD 피크를 통해 찾고자 하였다.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.22 no.1
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• pp.44-48
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• 2013

For a successful commercialization of microbolometer, it is required to develop a robust package including thermal stabilizing mechanism. In order to regulate the temperature within some operating range, thermoelectric cooler is generally used but it's not easy to model the whole package due to the coupled physics nature of thermoelectric cooler. In this paper, SPICE-compatible modeling methodology of a microbolometer package is presented, whose steady-state results matched well with FEM results at the maximum difference of 5.95%. Although the time constant difference was considerable as 15.7%, it can be offset by the quite short simulation time compared to FEM simulation. The developed model was also proven to be useful for designing the thermal stabilizer through parametric and transient analyses under the various working conditions.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.238-239
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• 2009

The amorphous silicon microbolometer array has been developed by the MEMS design and fabrication technology. Before the bolometer array for the image sensor being designed, the structure of unit cell and $16\times16$ array of it was simulated, designed and fabricated. The properties of bolometer have been measured as such that the TCR -3%/K.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.200-200
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• 2010

열영상의 해상도 증가 시 야기되는 감도저하를 해결하고자 단위 픽셀의 크기를 줄이고 필팩터 향상을 위한 2앵커, 4앵커 구조를 제안하고 앵커 구조에서 Leg 구성물질의 두께변화에 따른 온도 변화 및 열전도도 특성을 실험을 통해 최적화 된 열영상을 구현한다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.23 no.2
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• pp.89-92
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• 2010

A bolometer sensor used in an infrared thermal imaging system has many advantages on the process because it does not need a separate cooling system and its manufacturing is easy. However the sensitivity of the bolometer is low and the fixed pattern noise(FPN) is large, because the bolometer sensor is made by micro electro mechanical systems (MEMS). These problems can be fixed-by using the high performance readout integrated circuit(ROIC) with noise reduction techniques. In this paper, we propose differential delta sampling circuit to remove the mismatch noise of ROIC itself, the FPN of the bolometer. And for reduction of FPN noise, the reference signal compensation circuit which compensate the reference signal by using on-resistance of MOS transistor was proposed.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.373-374
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• 2007

The amorphous silicon microbolometer array has been developed by the MEMS design and fabrication technology. Before the bolometer array for the image sensor being designed, the structure of unit cel I and 16x16 array of it was simulated, designed and fabricated. The properties of bolometer have been measured as such that the TCR and thermal time constant can be achieved -2 %/K and 1.4 msec respectively.