In this thesis, amorphous silicon antimony film have been studied as resistive material of microbolometer. Microbolometer, one of uncooled infrared detectors has much higher responsivity than that of thermopile detectors and it is easy to fabricate compared to pyroelectric detectors.
Bolometers are thermistor-based sensors that measure temperature change in a thermally-isolated membrane heated by infrared radiation absorbed on the surface. There are two major design issues on bolometers. One is a material issue and the other is a structure issue. In order to obtain high detectivity, materials must have a high TCR and low noise.
Amorphous silicon films were grown by sputtering and plasma-enhanced chemical vapor depositin(PECVD). PECVD allowed well-controlled films with low stress and high uniformity. However, PECVD deposited a-Si:H film has been found to exhibit extremely high levels of 1/f noise. In sputtered Si, 1/f noise was found to be lower than in PECVD a-Si.
Sputtered amorphous silicon-antimony alloy films have a reasonable TCR and extremely low levels of 1/f noise than PECVD a-Si films.
In this work, we studied on the sputtered amorphous silicon antimony alloy for bolometer resistor. We have established conditions of sputtered amorphous silicon antimony alloy and measured TCR, 1/f noise. Low resistivity films is expected to be the best CMOS compatible material for a bolometer resistor requiring for high TCR and low 1/f noise.
이 논문은, 저항체를 이용한 마이크로볼로미터의 비정질 실리콘 안티모니 박막에 관한 연구이다. 마이크로 볼로미터는 비냉각 적외선 검출기의 하나로 열전대 타입에 비해 높은 응답도를 가지고 초전소자 타입에 비해 제작에 용이함이 있다는 장점이 있다. 볼로미터는 서미스터를 기본으로 한 센서로 열적으로 차단된 박막의, 적외선 복사의 흡수로 인한 온도 변화를 감지한다. 볼로미터 제작에는 크게 두 가지의 디자인 이슈가 있다. 저항체 물질과 구조적인 부분이다. 높은 감지도를 얻기 위해서 저항체 물질은 높은 TCR과 작은 노이즈를 가져야 한다.
비정질 실리콘 박막은 스퍼터와 플라즈마 화학증착에 의해 증착되어 진다. 플라즈마 화학증착 방법은 작은 스트레스와 높은 균일성을 가지는 박막의 제작이 가능하다. 그러나, 플라즈마 화학증착에 의해 증착된 a-Si:H 박막은 매우 높은 값의 1/f 잡음을 가진다. 스퍼터로 증착된 박막은 플라즈마 화학증착 박막보다 낮은 값의 1/f 잡음을 가진다.
스퍼터로 증착된 비정질 실리콘 안티모니 합금 박막은 높은 값의 TCR과 플라즈마 화학증착에 의해 증착된 a-Si 박막보다 매우 낮은 값의 1/f 잡음을 갖는다.
본 논문에서는, 스퍼터 증착법에 의해 제조된 볼로미터용 저항체 재료인 비정질 실리콘 안티모니 합금의 특성에 관한 연구를 하였다. 비정질 실리콘 안티모니 합금의 공정 조건을 수립하였고, TCR, 1/f 잡음을 측정하였다. 작은 비저항을 갖는 비정질 실리콘 안티모니 박막은 CMOS 공정 기술의 이용이 가능하여 제작 상의 용이성이 있고, 높은 값의 TCR과 낮은 1/f 잡음을 가져 볼로미터 저항체로써 좋은 특성을 기대할 수 있다.
