• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics C
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• v.36C no.5
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• pp.27-37
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• 1999

A CMOS ReadOut Integrated Circuit (ROlC) for InfraRed Focal Plane Array (IRFPA) detector is presented, which is a key component in uncooled thermal imaging systems. The ROIC reads out signals from $64\times64$ Barium Strontium Titanate (BST) infrared detector array, then outputs pixel signals sequentially after amplifying and noise filtering. Various design requirements and constraints have been considered including impedance matching, low noise, low power dissipation and small detector pitch. For impedance matching between detector and pre~amplifier, a new circuit based on MOS diode structure is devised, which can be easily implemented using standard CMOS process. Also, tunable low pass filter with single~pole is used to suppress high frequency noise. In additions, a clamping circuit is adopted to enhance the signal~to-noise ratio of the readout output signals. The $64\times64$ IRFPA ROIC is designed using $0.65-\mu\textrm{m}$ 2P3M (double poly, tripple metal) N~Well CMOS process. The core part of the chip contains 62,000 devices including transistors, capacitors and resistors on an area of about $6.3-mm\times6.7-mm$.

• Korean Journal of Optics and Photonics
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• v.9 no.6
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• pp.428-432
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• 1998

We fabricated 1$\times$8 array of GaAs/AlGaAs quantum well infrared photodetectors for the long wavelength infrared detection which is based on the bound-continuum intersubband transition, and characterized its electrical and optical properties. The device was grown on SI-GaAs(100) by the molecular beam epitaxy and consisted of 25 period of 40 ${\AA} $ GaAs well and 500 ${\AA} $ $Al_{0.28} Ga_{0.72}$ As barrier. To reduce the possibility of interface states only the center 20 ${\AA} $ of the well was doped with Si ($N_D=2{\times}10^{18} cm^{-3}$). We etched the sample to make square mesas of 200$\times$200 $\mu\textrm{m}^2$ and made an ohmic contact on each pixel with Au/Ge. Current-voltage characteristics and photoresponse spectrum of each detector reveal that the array was highly uniform and stable. The spectral responsivity and the detectivity $D^＊$ were measured to be 180,260 V/W and $4.9{\times}10^9cm\sqrt{Hz}/W$ respectively at the peak wavelength of $\lambda$ =7.8 $\mu\textrm{m}$ and at T=10 K.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.22 no.6
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• pp.327-334
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• 2013

Long-wave infrared detectors using the type-II InAs/GaSb strained superlattice (T2SL) material system with the nBn structure were designed and fabricated. The band gap energy of the T2SL material was calculated as a function of the thickness of the InAs and GaSb layers by the Kronig-Penney model. Growth of the barrier material ($Al_{0.2}Ga_{0.8}Sb$) incorporated Te doping to reduce the dark current. The full width at half maximum (FWHM) of the $1^{st}$ satellite superlattice peak from the X-ray diffraction was around 45 arcsec. The cutoff wavelength of the fabricated device was ${\sim}10.2{\mu}m$ (0.12 eV) at 80 K while under an applied bias of -1.4 V. The measured activation energy of the device was ~0.128 eV. The dark current density was shown to be $1.0{\times}10^{-2}A/cm^2$ at 80 K and with a bias -1.5 V. The responsivity was 0.58 A/W at $7.5{\mu}m$ at 80 K and with a bias of -1.5 V.

• 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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• 2012.02a
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• pp.193-194
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• 2012

그래핀(graphene)은 탄소원자가 육각형 벌집 모양 배열의 격자구조를 가지는 원자 한층 두께의 이차원 물질이다. 그래핀은 전도띠(conduction band)와 가전자띠(valence band)가 한 점에서 만나고 에너지와 역격자의 k 벡터가 선형적으로 비례하는 에너지 구조를 가진다. 이로 인해 그래핀은 매우 빠른 전하 이동도를 가지며 원자 한 층의 두께임에도 불구하고 약 2.3%의 빛을 흡수할 수 있으며 자외선 영역부터 적외선 영역까지의 넓은 파장대의 빛을 흡수 할 수 있다. 이와 같은 그래핀의 우월한 성질을 이용하면 광 응답에 고속으로 반응하고 높은 주파수의 광통신에서도 작동 할 수 있는 그래핀 광소자를 제작할 수 있게 된다. 하지만 미래의 고속 그래핀 광소자를 실현하기에 앞서 그래핀의 광응답에 대한 정확한 이해가 필요하다. 그리하여 본 연구에서는 그래핀 광소자를 제작하고 광소자의 광응답 전기적 성질을 분석하여 그래핀의 광응답 특성을 얻어내고자 실험을 진행하였다. 그래핀을 채널 물질로 하고 소스, 드레인, 후면 게이트를 가지는 일반적인 그래핀 전계효과 트랜지스터(field-effect transistor)를 제작하고 채널에 빛을 비추고 비추지 않은 상태에서의 전기적 성질을 측정하고 그 때 얻어진 그래프의 광응답의 원인을 조사하였다. 이 때 얻어지는 $I_D-V_G$ 그래프가 광 조사 시 왼쪽으로 이동하게 되는데 이의 원인을 각 게이트 전압 구간별로 $I_D$-t 그래프를 획득하여 분석하였다. 또한 광원에 펄스를 인가하여 펄스 형태의 광원을 그래핀 전계효과 트랜지스터에 조사시키고 이에 따른 전기적 성질 변화를 관찰하였다 이 때 다양한 게이트 전압이 인가된 상태에서 레이저 펄스 광원에 의한 광전류를 검출하였으며 이를 분석하였다.

• Analytical Science and Technology
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• v.13 no.2
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• pp.222-228
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• 2000

A detector for monitoring carbon monoxide (CO) in ambient air by nondispersive infrared (NDIR) spectroscopy has been developed and investigated its sensitivity and stability. The essential parts of the absorption cell are three spherical concave mirrors so as to improve the sensitivity by increasing the light path length in the cell. The radius and center of curvature of mirrors and position in the cell was calculated by computer simulation in order that the light path length may be 16m into the 50cm cell. The number of traversals and optical path properties were confirmed by laser beam alignment in transparent absorption cell. The photoconductive type lead selenide (PbSe) was used as CO sensing material, which was cooled to increase the responsibility by thermoelectric cooling method. The detection limit and span drift of the developed CO detector was 0.24ppm and 0.03ppm(v/v) respectively.

• Proceedings of the IEEK Conference
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• 2000.06b
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• pp.115-118
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• 2000

Uncooled pyroelectric infrared detectors based on BST(B $a_{-x}$S $r_{x}$Ti $O_3$) thin films have been fabricated by RF magnetron sputtering and surface Micromachining technology. The detectors form BST thin film ferroelectric capacitors grown by RF magnetron sputtering on N/O/N(S $i_3$ $N_4$/ $SiO_2$/S $i_3$ $N_4$) membrane. The sputtered BST thin film exhibits highly c-axis oriented crystal structure that no poling treatment for sensing applications is required. This is an essential factor to increase the yield for realization of an infrared image sensor. surface-Micromachining technology is used to lower the thermal mass of the detector by giving maximum sensor efficiency Gold-black is evaporated on top of the sensing elements used the thermal evaporator. fabricated uncooled pyroelectric infrared detectors is highly output voltage at the low temperature(1$^{\circ}C$).).).

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.343-344
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• 2008

A surface micromachined uncooled microbolometer based on the amorphous silicon was designed, fabricated, and characterized. We designed the microbolometer with a pixel size of $44\times44{\mu}m^2$ and a fill factor of about 50 % ~ 70% by considering such important factors as the thermal conductance, thermal time constant, the temperature coefficient of resistance, and device resistance. Also, we successfully fabricated the microbolometer by using surface MEMS technology. Finally, we investigated responsivity and detectivity properties depends on the active area size.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.340-341
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• 2013

양자점(Quantum dots; QDs)은 단전자 트랜지스터, 레이저, 발광다이오드, 적외선 검출기와 같은 고효율 광전소자 응용을 위해 활발한 연구가 진행되고 있다. II-VI 족 화합물 반도체는 III-V 족 화합물 반도체와 비교했을 때 더 큰 엑시톤 결합에너지(exciton binding energy)를 가지는 우수한 특성을 보이고 있으며 이러한 성질을 가지는 II-VI 족 화합물 반도체 중에서도 넓은 에너지 갭을 가지는 CdTe 양자점은 녹색 영역대의 광전자 소자로서 활용되고 있다. 기존의 CdTe/ZnTe 양자점을 성장하기 위해 ZnTe와 격자부정합이 적은 GaAs 기판을 이용한 연구가 주를 이룬 반면 Si기판을 이용한 연구는 미흡하다. 하지만 Si 기판은 GaAs 기판에 비해 값이 싸고, 여러 분야에 응용이 가능하며 대량생산이 가능하다는 이점을 가지고 있어 초고속, 초고효율 반도체 광전소자의 제작을 가능케 할 것으로 기대된다. 또한 양자점의 고효율 광전소자에 응용을 위해서는 Si 기판 위에 양자점의 크기를 효율적으로 조절하는 연구 뿐 아니라 양자점의 크기에 따른 운반자 동역학에 대한 연구도 중요하다. 본 연구에선 분자선 에피 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE)과 원자층 교대 성장법(Atomic Layer Epitaxy; ALE)을 이용하여 Si 기판 위에 성장한 CdTe/ZnTe 양자점의 크기에 따른 광학적 특성을 연구하였다. 저온 광 루미네센스(PhotoLuminescence; PL) 측정 결과 양자점의 크기가 증가함에 따라 더 낮은 에너지영역으로 피크가 이동하는 것을 확인하였다. 그리고 온도 의존 광루미네센스 측정 결과 양자점의 크기가 증가함에 따라 열적 활성화 에너지가 증가하는 것을 관찰하였는데, 이는 양자점의 운반자 구속효과가 증가하였기 때문이다. 또한 시분해 광루미네센스 측정 결과 CdTe/ZnTe 양자점의 크기가 증가함에 따라 소멸 시간이 긴 값을 갖는 것을 관찰하였는데, 이는 양자점의 크기가 증가함에 따라 엑시톤 진동 세기가 감소하였기 때문이다. 이와 같은 결과 Si 기판 위에 성장한 CdTe/ZnTe 양자점의 크기에 따른 열적 활성화 에너지와 운반자 동역학에 대해 이해 할 수 있었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2004.07d
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• pp.2600-2602
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• 2004

열상장비는 물체가 방출하는 적외선 영역의 미약한 에너지를 검출하여 눈에 보이는 영상으로 변환하는 장비이다. 주간과 동일한 영상을 야간에도 획득할 수 있기 때문에 야간 감시등 군사용 장비로 활용되지만 최근에는 송전선로의 이상 유무 판단, 저장 탱크의 저장량 확인, 사스 환자의 체열 검색 등 산업계와 의료계의 이용도 증가하고 있다. 본 논문에서는 최신 기술인 주사방식 초점면 배열 열상장비의 아날로그 및 디지털신호처리기 설계와 제작 기술을 다룬다. $480{\times}6$ 배열의 고밀도 검출 소자를 이용하여 고속, 저잡음 신호처리를 함으로써 안정된 열 영상을 실시간으로 획득하였다.