InAs/GaSb] 응력 초격자에 기초한 [320×256]-FPA 적외선 열영상 모듈 제작

Abstract

InAs/GaSb 제2형 응력초격자(SLS)를 활성층에 탑재한 [<TEX>$320{\times}256$</TEX>] 초점면 배열(FPA) 적외선 열영상 모듈을 제작하고 열영상을 구현하였다. p-i-n형으로 설계된 소자의 활성층(i) 구조는 300 주기의 [13/7]-ML [InAs/GaSb]-SLS로 구성되어 있고, p와 n 전극층에는 각각 60주기의 [InAs:Be/GaSb]-SLS와 115 주기의 [InAs:Si/GaSb]-SLS 구조를 채용하였다. 시험소자의 광반응(PR) 스펙트럼으로부터 피크 파장(<TEX>${\lambda}_p$</TEX>)과 차단 파장(<TEX>${\lambda}_{co}$</TEX>)은 각각 <TEX>${\sim}3.1/2.7{\mu}m$</TEX>과 <TEX>${\sim}3.8{\mu}m$</TEX>이고 180 K 온도까지 동작을 확인하였다. 단위 화소의 간격/메사는 <TEX>$30/24{\mu}m$</TEX> 규격으로 설계되었으며, [<TEX>$320{\times}256$</TEX>]-FPA는 표준 광묘화법으로 제작하였다. <TEX>$18/10{\mu}m$</TEX>의 In-bump/UBM 공정과 flip-chip 결합 기술을 적용하여 FPA-ROIC 열영상 모듈을 완성하였으며, 중적외선용 영상구동 회로 및 S/W를 활용하여 열영상을 시연하였다. An infrared thermographic imaging module of [<TEX>$320{\times}256$</TEX>] focal-plane array (FPA) based on [InAs/GaSb] strained-layer superlattice (SLS) was fabricated, and its images were demonstrated. The p-i-n device consisted of an active layer (i) of 300-period [13/7]-ML [InAs/GaSb]-SLS and a pair of p/n-electrodes of (60/115)-period [InAs:(Be/Si)/GaSb]-SLS. FTIR photoresponse spectra taken from a test device revealed that the peak wavelength (<TEX>${\lambda}_p$</TEX>) and the cutoff wavelength (<TEX>${\lambda}_{co}$</TEX>) were approximately <TEX>$3.1/2.7{\mu}m$</TEX> and <TEX>$3.8{\mu}m$</TEX>, respectively, and it was confirmed that the device was operated up to a temperature of 180 K. The <TEX>$30/24-{\mu}m$</TEX> design rule was applied to single pixel pitch/mesa, and a standard photolithography was introduced for [<TEX>$320{\times}256$</TEX>]-FPA fabrication. An FPA-ROIC thermographic module was accomplished by using a <TEX>$18/10-{\mu}m$</TEX> In-bump/UBM process and a flip-chip bonding technique, and the thermographic image was demonstrated by utilizing a mid-infrared camera and an image processor.