Abstract
Pyroelectric characteristics such as voltage responsivity, noise equivalent power and detectivity are modeled 3-dimensionaly considering th interaction of each parameters. Also, the circuit is designed to set up the frequency band width and the signal amplification of the pyroelectric IR sensor. The case of low frequency region shows that the voltage response increases with the independence of the sensor area as the thickness decreases. In the high frequency region, it is found that the voltage response with the load resistor of 20$G{\Omega}$ increases with the independence of the sensor thickness as the sensor area decreases. In the low frequency region, the detectivity becomes excellent at th load resistor of 20$G{\Omega}$, the sensor area larger than $4{\times}10^{-10}m^2$ and the sensor thickness thinner than $1{\times}10^{-5}m$, while, in the high frequency region, it shows high value at the sensor thickness thinner than $1{\times}10^{-5}m$ and the sensor area smaller than $2{\times}10^{-10}m^2$ with the independence of the load resistor. In the circuit design, quasi-boot-strap circuit is employed, in which a single op-amp is connected to the drain of JFFT. Desirable frequency band width, amplification rate and the remarkable drop of noise of about 56% from that of conventional circuits with double op-amps are obtained.
본 연구에서는 전압감도, 잡음등가전력, 비검출능 등이 초전특성들을 각 파라미터의 상호작용을 고려하여 3차원으로 모델링하였다. 그 결과, 전압응답특성은 저주파수 영역의 경우, 단면적에 대한 의존성 없이 두께가 작을수록 큰 전압응답을 보이고, 고주파수 영역의 경우는 20$G{\Omega}$의 부하저항에서 단면적이 작을수록 우수한 전압응답을 보이지만 두께에는 전혀 의존하지 않음을 알 수 있었다. 비검출능은 저주파수 영역에서 20$G{\Omega}$의 부하저항, $4{\times}10^{-10}m^2$ 이상의 단면적, 그리고 $1{\times}10^{-5}m$ 이하의 두께에서 아주 우수한 특성을 나타내었고, 고주파수 영역에서는 $1{\times}10^{-5}m$ 이하의 두께와 $2{\times}10^{-10}m^2$ 이상의 단면적에서 저항에 관계없이 높은 비검출능을 나타내었다. 또, 초전형 적외선 센서의 증폭 및 주파수 대역을 설정하기 위한 주변회로를 설계하였다. 본 연구에서는 1개의 단일 op-amp를 JFET의 드레인 부분의 단자에 연결한 quasi-boot-strap 회로를 사용하여, 2개의 op-amp를 이용한 상용화된 주변회로에 비해 약 56%의 잡음저하와 원하는 주파수 대역 및 증폭도를 얻을 수 있었다.
