Abstract
The effects of silicon substrate thickness on the performance of thin film PZT IR detectors are theoretically and experimentally investigated. Theoretical analyses show that the pyroelectric current responsivity of a detector without a silicon substrate is about two orders higher than that of a detector with a 450${\mu}{\textrm}{m}$ thick silicon substrate. At a fixed chopping frequency of 100Hz, the pyroelectric current responsivity decreases exponentially with increasing silicon substrate thickness up to 50${\mu}{\textrm}{m}$, and above 50${\mu}{\textrm}{m}$ the decreasing rate become slow. The thinner the silicon substrate is, the less the thermal loss by conduction is , and thus the higher responsivity is resulted. To verify the theoretical analyses, micromachined PZT thin film IR detectors with different silicon substrate thicknesses are fabricated and characterized. The theoretical and experimental results show the similar tendencies for all silicon substrates with varying thickness.
실리콘 웨이퍼 두께에 따른 PZT 박막 적외선 감지소자의 성능변화를 이론적 해석 및 실험적 검증을 통하여 분석하였다. 실리콘이 모두 식각되었을 때 최대값을 보이는 전류응답도는 소자의 뒷면에 남아있는 실리콘의 두께가 50㎛로 두꺼워질 때까지 기하급수적으로 줄어들다가, 그 이상의 두께에서는 전류응답도의 감소폭이 현저히 줄어들었다. 실리콘이 모두 식각된 적외선 감지소자는 450㎛두께의 실리콘이 남아있는 소자에 비해 100배 이상의 높은 전류응답도를 보였다. 이러한 이론적인 해석을 검증하기 위하여 실리콘 기판미세가공법을 이용하여 세 가지 다른 실리콘 두께를 가진 적외선 감지소자를 제작하였다. 제작한 소자에서 측정한 전류응답도의 변화는 이론적 해석값과 좋은 일치를 보였다. 한편, 실험을 통하여 실리콘 두께가 소자의 전류응답도 뿐만 아니라 응답속도에도 큰 영향을 준다는 것을 확인하였다.
