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.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
/
제8권5호
/
pp.196-200
/
2007
In this paper, we propose and discuss the design using a simple method that reduces the fixed pattern noise(FPN) generated on the amorphous Si($\alpha-Si$) bolometer. This method is applicable to an IR image sensor. This method can also minimize the size of the reference resistor in the readout integrated circuit(ROIC) which processes the signal of an IR image sensor. By connecting four bolometer cells in parallel and averaging the resistances of the bolometer cells, the fixed pattern noise generated in the bolometer cell due to process variations is remarkably reduced. Moreover an $\alpha-Si$ bolometer cell, which is made by a MEMS process, has a large resistance value to guarantee an accurate resistance value. This makes the reference resistor be large. In the proposed cell structure, because the bolometer cells connected in parallel have a quarter of the original bolometer's resistance, a reference resistor, which is made by poly-Si in a CMOS process chip, is implemented to be the size of a quarter. We designed a ROIC with the proposed cell structure and implemented the circuit using a 0.35 um CMOS process.
Recently, research on bolometer-type uncooled infrared image sensor which is made for industrial applications has been increasing. In general, it is difficult to calibrate fixed pattern noise (FPN) of bolometer array. In this paper, average-current calibration algorithm is presented for reducing bolometer resistance offset. A resistor which is produced by standard CMOS process, on the average, has a deviation. We compensate for deviation of each resistor using average-current calibration algorithm. The proposed algorithm has been implemented by a chip which is consisted of a bolometer pixel array, average current generators, current-to-voltage converters (IVCs), a digital-to-analog converter (DAC), and analog-to-digital converters (ADCs). These bolometer-resistor array and readout circuit were designed and manufactured by $0.35{\mu}m$ standard CMOS process.
In this paper, the analytical models for the electrothermal feedback of a ${\mu}$-bolometer focal plane array(FPA) are proposed and applied to the conceptually designed FPA to investigate the electrothermal feedback effect on bolometer FPA signal. The temperature and resistance change of the ${\mu}$-bolometer by the electrothermal feedback(ETF) model are increased upto 20 and 35.7 % of those of no feedback case, respectively, while those by the effective thermal conductance(ETC) model increased 8.5 and 15.1 %. The integration current and output voltage of a CTIA used as an column amplifier of FPA are also increased upto 41.6 and 32.4 % by the ETF model, while increased upto 17.2 and 13.5 % by the ETC model. The proposed models give more accurate temperature change, accordingly larger signal than no feedback considering case. Electrothermal feedback effect should be considered to design a high performance and high density ${\mu}$-bolometer FPA. The proposed models are very useful to investigate the transient thermal analysis, also considered to be useful to predict the responsivity and dynamic range of ${\mu}$-bolometer FPAs.
An infrared (IR) bolometer measures the change of resistance by absorbing incident IR radiation and generates a signal as a function of the radiation intensity. Since a bolometer requires temperature stabilization and light filtering except for the infrared rays, it is essential for the device to be packaged meeting conditions that above mentioned. Minimization of heat loss is needed in order to stabilize temperature of bolometer. Heat loss by conduction or convection requires a medium, so the heat loss will be minimized if the medium is a vacuum. Therefore, vacuum packaging for bolometer is necessary. Another important element in bolometer packaging is germanium (Ge) window, which transmits IR radiation to heat the bolometer. To ensure a complete transmittance of IR light, anti-reflection (AR) coatings are deposited on both sides of the window. Although the transmittance of Ge window is high for IR rays, it is difficult to use frequently in low-price IR bolometer because of its high price. In this paper, we fabricated IR window by utilizing silicon (Si) substrate instead of Ge in order to reduce the cost of bolometer packaging. To enhance the IR transmittance through Si substrate, it is textured using Reactive Ion Etching (RIE). The texturing process of Si substrate is performed along with the change of experimental conditions such as gas ratio, pressure, etching time and RF power.
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.
The performance modeling of a $25{\mu}m$ pitch VGA ${\mu}$-bolometer with the self-aligned thermal resistor structure is carried out. The self-aligned thermal resistor can be utilized for the maximizing the thermal resistance and the fill factor of a bolometer, so the performance improvement can be expected. From the results of the performance modeling of the micro-bolometer with self-align thermal resistor for a $25{\mu}m$ pitch $640{\times}480$ microbolometer designed with $0.6{\mu}m$ minimum feature size, the drastic improvements of NETD from 38.7 mK to 19.1 mK, responsivity of 1.9 times are expected with a self aligned thermal resistor structure. The main reason for the performance improvements with a self-aligned thermal resistor structure comes from the increasement of the thermal resistance.
Infrared bolometer sensor's variation is detected by voltage drop between reference resistor and bolometer resistor in this architecture. One of the serious problems in this architecture is that these resistors value has a process variation. So common-mode level could be different from expectation in room temperature. Different common-mode level could lead to wrong output at the end of readout circuit. We suggest useful method to solve this problem. Difference correction using capacitor has reduced CM level difference to 86% for 1 $M\Omega$. bolometer and reference resistor's 10% variation.
A lot of efforts have been paid to develop infrared imaging systems in last decades. Bolometer has a wide range of applications from military to commercial, such as military night vision, medical imaging system and so on. Bolometer is a resistive sensor that detects temperature changes through resistance change. To improve detecting ability, bolometer should have a good resistive film which has high temperature coefficient of resistance (TCR) value. Colossal magnetoresistance (CMR) $L_{1-x}A_xMnO_3$ (where L and A are trivalent rare-earth ions and divalent alkaline earth ions, respectively.) are received attention to apply bolometer resistive film because it has a high TCR property which was discovered in the metal to semiconductor phase transition temperature region. In this work, CMR films were deposited on various substrates in relative low substrate temperature by RF magnetron sputtering. The influence of deposition parameters such as substrate temperature, gas partial pressure, and so on have been studied. The structural and TCR properties of the films were also investigated for applying to microbolometer.
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.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.