In recent times, the demand for non-contact infrared sensors, such as thermal cameras used for wildfire monitoring, airports, and hospitals, has increased due to climate change-induced events like wildfires and infectious diseases like COVID-19. The commonly used non-contact infrared sensor for civilian applications, the microbolometer, has been designed by Honeywell since the 1970s. This structure employs a long bridge design to reduce thermal conductivity because the film membrane cannot contribute to thermal conductivity. This prevent to improve microbolometer NETD performance. Here in, the author proposes a nanowire structure with lower thermal conductivity than film. However, the absorption-lowering issue of nanowires caused by the polarization effect also must be addressed. This paper uncovers the reasons for the low TM wave absorption of nanowires through Optical Circuit and FDTD simulation, proposing a Flange nanowire structure to overcome this limitation. The effects of the Flange nanowire structure are confirmed through FDTD simulation, Optical Circuit analysis, and FT-IR measurement. Therefore, this paper demonstrates the applicability of the nanowire structure as the membrane of a microbolometer and nanowire structure can contribute to NETD performance enhancement.
최근 기후변화로 인한 산불, COVID-19과 같은 전염병으로 인하여 산불 감시, 공항 및 병원에서 사용되는 열 화상 카메라 등 비 접촉식 적외선 센서의 수요가 증가하였다. 현재 민수용으로 사용되는 대표적인 비 접촉식 적외선 센서인 마이크로 볼로미터의 구조는 1970년대 허니웰 사에서 개발된 구조로 열 전도도에 기여하지 않는 필름 구조를 사용하기 때문에 브릿지로만 낮은 열 전도도를 구현하여 NETD 성능 향상에 어려움이 있다. 따라서, 본 저자는 마이크로 볼로미터의 온도 분해능 성능 향상을 위해 필름보다 낮은 열전도도를 가지고 있는 나노와이어 멤브레인 구조를 제안하였다. 하지만, 나노와이어를 마이크로 볼로미터로 사용하기 위해서는 편광 특성에 의한 흡수율 저하 문제가 있다. 본 논문에서는 나노와이어의 낮은 TM파 흡수율의 원인을 광 회로 분석과 FDTD시뮬레이션을 통해 규명하였고, 새로운 Flange 나노와이어 구조를 제안하였다. 해당 구조의 효과를 FDTD시뮬레이션과 광 회로 분석으로 확인하였고 소자를 제작하여 FT-IR을 이용해 측정하였다. 본 논문은 나노와이어 구조가 마이크로 볼로미터의 멤브레인으로 사용되어 NETD 향상에 기여할 수 있음을 보이고자 한다.
