Recently, the need for measuring the surrounding environment has been increased and the interest for researching environment sensors also have been increased. As the people are interested in their health, ultraviolet is important environmental factors in daily life and the demands for monitoring the amount of ultraviolet in daily life are increased. So, this thesis focused on the standard CMOS ultraviolet sensor.
This thesis proposed a standard CMOS ultraviolet sensor that can be fully integrated in standard CMOS process. The proposed ultraviolet sensor measures the ultraviolet by detecting the responsivity difference in the ultraviolet region using on-chip ultraviolet filter. As the proposed work uses standard CMOS photodiode and metals, this is distinct from the previous works that use special material like SiN and SiC which are sensitive to the ultraviolet to improve the functionality. To reduce the area, transducers are implemented with only 2 diodes. To reduce the logarithmic output with ultraviolet intensity, off-chip exponential converting process is added. In this thesis, commercial ultraviolet filter was used instead of on-chip ultraviolet filter to verify the feasibility of proposed idea.
The proposed ultraviolet sensor was fabricated in 0.25um standard CMOS process. The results show the similiar performance with commercial ultraviolet sensor(ML8511) in responsivity and linearity. This chip consumed 4.3uW using 2.5V supply and it occupies $0.01mm^{2}$.
최근, 주위 환경 측정을 위한 센서에 대한 수요가 늘어나고 있으며, 이에 따라 환경 센서에 대한 연구가 증가하고 있다. 또한 사람들의 건강에 대한 관심이 커지면서, 일상 생활에서 자외선을 모니터링 할 수 있는 저가격, 저면적 자외선 센서에 대한 필요가 늘어나고 있다.
본 학위 논문에서는 표준 CMOS 공정 만으로 제작 가능한 표준 CMOS 자외선 센서에 대한 연구를 진행하였다. 제안된 자외선 센서는 온칩 자외선 차단 필터를 이용한 두 표준 CMOS 포토다이오드의 자외선 영역 반응성 차이를 측정하여 자외선 양을 검출한다. 이는 SiN이나 SiC와 같이 자외선 반응성이 좋은 특수 물질을 이용한 기존 자외선 센서와는 달리 표준 CMOS 공정에서 제공하는 포토다이오드와 메탈을 이용하기 때문에 저가격, 저면적으로 제작 가능하며 다른 환경센서와의 집적화에도 용이하다.
제안된 자외선 센서는 0.25um 표준 CMOS 공정을 이용하여 제작되었으며, 아이디어 검증을 위하여 온칩 자외선 차단 필터가 아닌 상용 자외선 필터를 이용하였다. 측정 결과 상용 자외선 센서(ML8511)과 비슷한 반응성, 선형성을 보여주었으며, 공급전안 2.5V에서 소모전력은 4.3uW, 칩 면적은 $0.01mm^{2}$ 이다.
