문맥 (context)
적외선, 특히 단파 적외선으로 이미지들을 감지할 수 있는 이미지 센서들은 광 통신(파이버 및 자유 공간 모두), 레이저 검출 및 탐지(LADAR), 얼음(ice) 검출(도로들과 항공기 상), 및 조제약 제조를 포함하는 광범위한 애플리케이션들에서 중요하다. 이러한 센서들은 또한 기술 보전, 종양의 검출, 천문학, 연기와 구름을 통한 이미징, 오염 검출, 적외선 현미경, 적외선 망원경 및 집적회로 제조에 사용된다. 적외선 이미지 센서들은 3차원 레이저 검출 및 탐지(3-D LADAR)와 야간용 장비의 핵심이다.
통상적인 이미지 센서는 판독 집적회로(ROIC)와 조합된 2차원 어레이의 광검출기들(소위 초점면 어레이라 함)을 포함한다. 광검출기들은 입력 광선에 민감하다. ROIC는 광검출기들로부터의 출력들을 정량적으로 평가하고 이들을 이미지로 처리한다.
초점면 어레이들(FPAs)은 1970년대 이래로 절대 제로 근처로 냉각하는데 요구되는 시스템에서 파장에 따라 실온 근처에서 동작할 수 있는 시스템들으로 진화했다. 첨부된 참조문현들의 리스트에서 참조문헌1(이하 [1])을 참조한다. 냉각 요구조건들에서 이러한 경감은 적외선 이미징을 위한 훨씬 더 작고 신뢰가능한 값싼 시스템들을 허용하였고, 다수의 새로운 애플리케이션들을 허용하였다.
동작 온도의 증가는 검출기들에서 새로운 물질들의 사용 때문이다. 초창기 어레이들은 도핑된 실리콘을 검출기 재료로서 사용했다(예, As, In, 또는 Ga와 같은 얕은 레벨 불순도로 도핑되는 외성 실리콘). 이들은 광섬의 존재를 검출하기 위해 입력 적외선 광자들에 의한 얕은 레벨 불순도의 이온화에 의존했다. 오늘날의 광검출기들은 InGaAs, InSb 및 HgCdTe와 같은 화합물 반도체 물질들 또는 PtSi와 같은 실리사이드들을 사용한다. 결과적인 검출기들은 훨씬 더 높은 온도들에서 동작할 수 있다.
불행히도, 보다 새로운 검출기 재료들을 위한 처리 기술은 실리콘 판독 전자장치들을 처리하는 기술과 호환될 수 없다. 결과적으로, 2개의 개별 칩들이 혼합된 이미지 센서를 형성하는데 요구된다. 2개의 칩들은 통상적으로 검출기들 및 판독 집적회로(ROIC)의 적정 노드들 상에 인듐 범프(bump)들을 부착함으로써 서로 결합된다. 배치된 인듐 범프들과 함께 2개의 칩들이 정렬되어 서로 본딩된다.
인듐 범프 본딩 프로세스는 보다 고온에서의 새로운 애플리케이션들을 가능하게 하였지만, 본딩 프로세스는 신뢰성, 처리, 크기 및 속도 문제들을 나타낸다. 본딩 신뢰성이 주된 관심사이다. 열팽창 불일치, 높은 g 힘들 및 진동은 모두 본딩이 실패하도록 할 수 있다. 검출기 재료와 실리콘 ROIC 사이의 열적 불일치는 검출기 암전류(dark current)를 감소시키기 위해 많은 애플리케이션들에 대해 이미지 센서의 냉각이 요구되기 때문에 생기는 특정한 문제이다. Barton [2]는 열적 불일치 문제를 경감시키기 위한 제 3 기판 물질을 사용하는 방법을 제시하지만, 상기 제 3 재료는 복잡성을 부가하고 비용을 증가시킨다. 범프 본딩 결함들을 초래할 수 있는 높은 g 힘들은 종종 공간 애플리케이션들에 사용되는 이미지 센서 장치들에 의해 생기고, 모든 애플리케이션들에서 혼합된 이미지 센서의 적절한 진동은 개별 검출기들(픽셀들)의 결함을 발생시킬 수 있다. 이러한 제한들은 이러한 장치들이 받는 가혹한 필드 환경들에서 매우 중요하다.
본딩의 부가 단계들은 또한 비용을 증가시키고 수율을 감소시킨다. 검출기 어레이들은 통상적으로 후면으로부터 조명되기 때문에, 어레이들은 일반적으로 매우 얇다. 얇은 어레이들은 조립 동안 처리하기 어렵고, 이러한 어려움은 인듐 범프 본딩에 동반되는 수율 문제들을 부가시킨다.
인듐 범프 본드들은 또한 개별 픽셀들의 크기 감소를 제한한다. 인듐 범프 본드들은 상대적으로 크다(대략 10㎛ 직경). 인듐 범프들을 이용하는 FPA들의 가장 작은 픽셀 크기는 약 25x25 ㎛2이다. 이는 훨씬 더 작은 픽셀 크기의 Si 이미지 센서들(2x2 ㎛2에 근접함)과 대조적이다. 더 큰 어레이 크기는 이미지 해상도를 제한하고 더 큰 FPA 치수들은 어레이를 완전히 조명하는데 요구되는 광학계의 크기를 증가시키기 때문에, 범프 본딩은 카메라 무게와 부피가 중요한 애플리케이션들에서 바람직하지 못하다.
인듐 범프 본드들은 3-D LADAR 이미징과 같은 애플리케이션들에 요구되는 이미지 센서들의 속도를 추가로 제한한다. 인듐 범프 본드들은 검출 및 판독 전자장치들을 느리게 하는 부가적인 용량성 로드를 나타낸다. 또한, 본드들은 전력 소비를 증가시키고 픽셀-대-픽셀 커패시턴스를 증가시키기 때문에, 어레이 노이즈를 증가시키고 노이즈 분석 [4]를 복잡하게 할 수 있다. 따라서, 작은 픽셀 크기를 갖는 고속의 단파 적외선을 검출할 수 있는 보다 용이하게 제조되는 이미지 센서에 대한 요구, 특히 신뢰할 수 있는 소형 센서에 대한 필요성이 있다.
지시문 (instruction)
주어진 원문을 읽고 필요한 정보를 파악하여, 원문에 근거해 질문에 답하라.
질문 (question)
인듐 범프를 사용하여 결합되는 혼합된 이미지 센서를 구성하는 두 개의 개별 칩은 각각 무엇으로 이루어져 있는가?
추론 과정 (compact_reasoning)
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1과제 해석
task_interpretation인듐 범프 본딩을 통해 형성되는 혼합된 이미지 센서의 구성 요소인 두 개의 칩이 무엇인지 확인해야 한다.
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2정보 추출
information_extraction본문에서 인듐 범프를 통해 결합되는 칩들에 대한 설명을 탐색한다.
- 2개의 칩들은 통상적으로 검출기들 및 판독 집적회로(ROIC)의 적정 노드들 상에 인듐 범프(bump)들을 부착함으로써 서로 결합된다.
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3근거 선택
evidence_selection두 칩의 정체를 명시한 구절을 선택한다.
- 2개의 칩들은 통상적으로 검출기들 및 판독 집적회로(ROIC)의 적정 노드들 상에 인듐 범프(bump)들을 부착함으로써 서로 결합된다.
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4논리 통합
logical_integration추출된 정보를 바탕으로 두 칩이 검출기들과 판독 집적회로(ROIC)임을 연결한다.
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5결론 도출
conclusion_formulation질문에 대한 답변으로 검출기들과 판독 집적회로(ROIC)를 도출한다.
- 검출기들 및 판독 집적회로(ROIC)
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6답변 생성
answer_generation질문 형식에 맞춰 최종 답변을 작성한다.
- 검출기들 및 판독 집적회로(ROIC)
최종 답변 (final_answer)
검출기들과 판독 집적회로(ROIC)이다.
핵심 해석 (core_interpretation)
혼합된 이미지 센서를 형성하는 두 개의 개별 칩은 검출기들과 판독 집적회로(ROIC)로 구성된다.