KR100859708B1 - Hetero-junction diode with n-type CIS and p-type CuSe - Google Patents
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Abstract
본 발명은 n-형 CIS와 p-형 CuSe를 이용한 이종접합 다이오드를 제공한다. 본 발명의 이종접합 다이오드는 기판; 상기 기판 상에 형성된 n-형의 CIS층; 상기 n-형의 CIS층 상에 형성된 p-형의 CuSe층; 상기 n-형의 CIS 층과 전기적으로 연결된 제1 전극층; 및 상기 p-형의 CuSe 층과 전기적으로 연결된 제2 전극;을 포함한다. 이와 같은 n-형 CIS와 p-형 CuSe를 이용한 이종접합 다이오드는 정류특성을 가질 뿐만 아니라 빛을 조사할 경우 빛을 조사하지 않은 경우에 비하여 전류의 크기가 더 세지는 광특성을 보인다. The present invention provides a heterojunction diode using n-type CIS and p-type CuSe. The heterojunction diode of the present invention includes a substrate; An n-type CIS layer formed on the substrate; A p-type CuSe layer formed on the n-type CIS layer; A first electrode layer electrically connected to the n-type CIS layer; And a second electrode electrically connected to the p-type CuSe layer. Such heterojunction diodes using n-type CIS and p-type CuSe not only have rectifying characteristics but also optical characteristics in which the magnitude of the current is greater than that in the case of irradiating light.
n-형 CIS, p-형 CuSe, 이종접합 다이오드, 광특성 n-type CIS, p-type CuSe, heterojunction diode, optical characteristics
Description
도 1은 n-형 CIS 와 p-형 CuSe의 접합에 의한 개략적인 에너지 밴드 구조 다이어그램이다.1 is a schematic diagram of energy band structure by junction of n-type CIS and p-type CuSe.
도 2a는 역방향 전압 인가시 n-형 CIS 와 p-형 CuSe의 접합다이오드에 대하여 계산된 전류밀도-전압의 그래프이다.FIG. 2A is a graph of current density-voltage calculated for junction diodes of n-type CIS and p-type CuSe when reverse voltage is applied. FIG.
도 2b는 순방향 전압 인가시 n-형 CIS 와 p-형 CuSe의 접합다이오드에 대하여 계산된 전류밀도-전압의 그래프이다.2B is a graph of current density-voltage calculated for junction diodes of n-type CIS and p-type CuSe when forward voltage is applied.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 n-형 CIS와 p-형 CuSe를 이용한 이종접합 다이오드의 개략적인 사시도이다. 3 is a schematic perspective view of a heterojunction diode using n-type CIS and p-type CuSe according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3에서 설명한 n-형 CIS 와 p-형 CuSe의 접합다이오드에 대하여 측정한 전류-전압의 그래프들이다.FIG. 4 is a graph of current-voltage measured for the junction diode of n-type CIS and p-type CuSe described in FIG. 3.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
11: 기판 12: n-형 CIS 층11: substrate 12: n-type CIS layer
13: p-형 CuSe 층 14: 제1 전극층13: p-type CuSe layer 14: first electrode layer
15: 제2 전극층15: second electrode layer
본 발명은 이종접합 다이오드에 관한 것으로, 특히, 광반응성을 갖는 이종접합 다이오드에 관한 것이다.The present invention relates to heterojunction diodes, and more particularly, to heterojunction diodes having photoreactivity.
원소 주기율표상의 Ⅵ족에 해당하는 칼코젠(Chalcogen) 원소들(O, S, Se, Te, Po, Uuh)의 화합물은 전자 소재로 널리 사용된다. 예를 들면, GST(Ge2Sb2Te5)는 차세대 메모리로 각광 받고 있는 상변화 메모리(Phase-change Random Access Memory, PRAM)의 핵심소재로 사용되고 있고, 뛰어난 광반응성을 가지는 CIS(CuInSe2)는 태양전지 분야의 주 소재로써 사용되고 있다. The compounds of the chalcogen elements (O, S, Se, Te, Po, Uuh) corresponding to group VI on the periodic table of the elements are widely used as electronic materials. For example, GST (Ge 2 Sb 2 Te 5 ) is used as a core material of phase-change random access memory (PRAM), which is emerging as a next-generation memory, and CIS (CuInSe 2 ) having excellent photo reactivity. Is used as the main material in the solar cell field.
그런데 이들 중 GST의 경우 박막형 트랜지스터의 개발에 관한 연구가 이미 발표되어 있지만, CIS의 경우 스위칭 소자 혹은 정류 소자의 개발이 아직 연구되지 않고 있다.In the case of GST, researches on the development of thin film transistors have already been announced, but in the case of CIS, the development of switching devices or rectification devices has not been studied yet.
CIS는 Cu와 In의 구성비 및 소재 제작과정의 열처리시 사용한 가스의 종류에 따라 서로 다른 형태의 전기전도도를 가지게 된다. 즉, 열처리 과정에서 Se 가스를 사용할 경우 Cu 원소의 빈 자리(vacancy)가 증가됨으로 인해 일반적으로 p-형의 전도도를 가지며, 열처리 과정에서 Ar 가스를 사용할 경우 n-형의 전도도를 갖는 것으로 알려져 있다. CIS has different types of electrical conductivity depending on the composition ratio of Cu and In and the type of gas used in the heat treatment of the material manufacturing process. That is, when Se gas is used in the heat treatment process, the vacancy of Cu element is increased, and thus, generally, it has a p-type conductivity, and when Ar gas is used in the heat treatment process, it is known to have n-type conductivity. .
또한 CIS는 넓은 에너지 대역폭(Energy Bandgap)을 가짐으로써 이미 언급한 바와 같이 광반응성이 뛰어나며, 이를 이용한 정류소자의 개발이 이루어질 경우 광-TFT(photo thin film transisor)와 같은 광 스위칭 소자로의 개발도 쉽게 이루어질 수 있을 것으로 예상된다.In addition, CIS has a high energy bandgap, which is excellent in photoreactivity as mentioned above, and it is easy to develop an optical switching device such as a photo-thin film transisor (TFT) when the rectifier device is developed using the same. It is expected to be possible.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, CIS를 이용한 이종접합 및 이종접합 다이오드를 제공하고, 나아가 광 특성을 갖는 이종접합 다이오드를 제공하는 것을 목표로 한다.Accordingly, a technical object of the present invention is to provide a heterojunction and heterojunction diode using CIS, and further to provide a heterojunction diode having optical characteristics.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 n-형의 CIS로 이루어진 n-형 영역; 및 상기 n-형 영역과 접합을 이루며, p-형의 CuSe로 이루어진 p-형 영역;을 포함하는 이종접합을 제공한다. 여기서, 상기 n-형 영역과 상기 p-형 영역은 박막에 의해 형성된 것이 바람직하다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides an n-type region composed of n-type CIS; And a p-type region formed of a p-type CuSe and making a junction with the n-type region. Here, the n-type region and the p-type region are preferably formed by a thin film.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 또한 본 발명은 n-형의 CIS로 이루어진 n-형 영역; 상기 n-형 영역과 접합을 이루며, p-형의 CuSe로 이루어진 p-형 영역;을 포함하는 이종접합 다이오드를 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention also comprises an n-type region consisting of n-type CIS; It provides a heterojunction diode comprising a junction with the n-type region, a p-type region made of p-type CuSe.
여기서, 상기 n-형 영역과 상기 p-형 영역은 박막에 의해 형성된 것이 바람직하다. Here, the n-type region and the p-type region are preferably formed by a thin film.
또한 상기 이종접합 다이오드는 상기 n-형 영역에 전기적으로 연결된 캐소드 및 상기 p-형 영역에 전기적으로 연결된 애노드를 더 포함할 수 있다. In addition, the heterojunction diode may further include a cathode electrically connected to the n-type region and an anode electrically connected to the p-type region.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 아울러 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 CIS층; 및 상기 CIS층 상에 형성된 CuSe층;을 포함하는 이종접합 다이오 드 또는 기판; 상기 기판 상에 형성된 CuSe층; 및 상기 CuSe층 상에 형성된 CIS층;을 포함하는 이종접합 다이오드.를 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention also the substrate; A CIS layer formed on the substrate; And a CuSe layer formed on the CIS layer; A CuSe layer formed on the substrate; And a CIS layer formed on the CuSe layer.
여기서, 상기 이종접합 다이오드는 상기 CIS층과 전기적으로 연결된 제1 전극; 및 상기 CuSe층과 전기적으로 연결된 제2 전극;을 더 포함할 수 있다. The heterojunction diode may include a first electrode electrically connected to the CIS layer; And a second electrode electrically connected to the CuSe layer.
상기 기판은 유리 기판을 포함할 수 있다. The substrate may comprise a glass substrate.
상기 CIS 층은 n-형의 전도도를 갖는 것이 바람직하고, 상기 CuSe 층은 p-형의 전도도를 갖는 것이 바람직하다. Preferably, the CIS layer has an n-type conductivity, and the CuSe layer preferably has a p-type conductivity.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 귀금속을 포함할 수 있고, 더 나아가 Au를 포함할 수 있다. The first electrode and the second electrode may include a noble metal, and may further include Au.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 더 나아가 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 n-형의 CIS층; 상기 n-형의 CIS층 상에 형성되고 상기 n-형의 CIS층의 일부를 노출시키는 p-형의 CuSe층; 상기 노출된 n-형의 CIS 층 위의 제1 전극층; 및 상기 p-형의 CuSe층 위의 제2 전극;을 포함하는 이종접합 다이오드 또는 기판; 상기 기판 상에 형성된 p-형의 CuSe층; 상기 p-형의 CuSe층 상에 형성되고 상기 p-형의 CuSe층의 일부를 노출시키는 n-형의 CIS 층; 상기 노출된 p-형의 CuSe층 위의 제1 전극층; 및 상기 n-형의 CIS 층 위의 제2 전극;을 포함하는 이종접합 다이오드.를 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention further comprises a substrate; An n-type CIS layer formed on the substrate; A p-type CuSe layer formed on the n-type CIS layer and exposing a portion of the n-type CIS layer; A first electrode layer over the exposed n-type CIS layer; And a second electrode on the p-type CuSe layer; A p-type CuSe layer formed on the substrate; An n-type CIS layer formed on the p-type CuSe layer and exposing a portion of the p-type CuSe layer; A first electrode layer over the exposed p-type CuSe layer; And a second electrode on the n-type CIS layer.
상기 기판은 유리 기판을 포함할 수 있다. The substrate may comprise a glass substrate.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 귀금속을 포함할 수 있고, 더 나아가 Au를 포함할 수 있다. The first electrode and the second electrode may include a noble metal, and may further include Au.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 과장되었고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention; In the following description, when a component is described as being on top of another component, it may be directly on top of another component, and a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness or size of each component is omitted or exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals in the drawings refer to the same element. On the other hand, the terms used are used only for the purpose of illustrating the present invention and are not used to limit the scope of the invention described in the meaning or claims.
표 1은 n-형 CIS 와 p-형 CuSe 소재의 반도체 특성값들이다. 표 1의 값들을 이용하여 계산한 접촉전위차(junction voltage)는 0.85V 이며, 공핍영역(depletion region)의 길이는 35.2 ㎛이다.Table 1 shows the semiconductor characteristic values of n-type CIS and p-type CuSe materials. The junction voltage calculated using the values in Table 1 is 0.85V and the length of the depletion region is 35.2 μm.
<표 1>TABLE 1
도 1은 n-형 CIS 와 p-형 CuSe의 접합에 의한 에너지 밴드 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 에너지 밴드 구조로부터 n-형 CIS 와 p-형 CuSe의 접합이 이종접합 다이오드를 이루고 있음을 알 수 있다. 한편, 다이오드의 구성시 접합면 적 및 n형 CIS(12)와 p형 CuSe(13)에 포함된 불순물 농도(doping concentration)에 따라 두 소재의 접합면 주변에서의 에너지 밴드의 휨 현상이 커질 수 있다. 이 경우 에너지 밴드의 접합부에서 에너지준위 우물(potential well)이 생성되어 강한 전압을 인가할 경우에는 전자의 터널링(tunneling)에 의한 전류의 흐름이 발생할 수도 있다.Figure 1 schematically shows the energy band structure by the junction of n-type CIS and p-type CuSe. It can be seen from the energy band structure that the junction of the n-type CIS and the p-type CuSe forms a heterojunction diode. On the other hand, depending on the junction area and the doping concentration contained in the n-type CIS (12) and the p-type CuSe (13), the bending of the energy band around the junction surface of the two materials may increase. have. In this case, an energy level well is generated at the junction of the energy band, and when a strong voltage is applied, current may flow due to tunneling of electrons.
이종접합 다이오드에 대한 이상적인 전류-전압 특성은 다음과 같은 전류밀도 방정식을 통해 개괄적으로 표현될 수 있다. The ideal current-voltage characteristics for heterojunction diodes can be outlined by the following current density equations.
식 (1)에서 N a , N d 는 n-형과 p-형 소재 각각에서 홀효과 측정에 의한 불순물의 농도를 나타내고, n i, n , n i, p 는 n-형, p-형 소재 각각의 진성농도의 값을 나타낸다. 상기 전류밀도식은 접합부 주변의 공핍영역에서의 전자/정공의 재결합이 발생하지 않는 이상적인 경우를 가정한 것으로, 실재로는 쇼클리-홀-리드 재결합(Shockley-Hall-Read recombination)과 같은 몇몇 주요한 재결합 과정들이 전류-전압 특성에 영향을 미칠 수 있다. N a , N d in equation (1) Represents the concentration of impurities by Hall effect measurement in each of the n-type and p-type materials, and n i, n , n i, p represent the intrinsic concentrations of the n-type and p-type materials, respectively. The current density equation assumes an ideal case where electron / hole recombination does not occur in the depletion region around the junction, and in reality, some major recombination processes such as Shockley-Hall-Read recombination These can affect the current-voltage characteristics.
도 2a 및 도 2b는 식 (1)로부터 계산된, 역방향 전압 및 순방향 전압 인가에 따른 전류밀도-전압 관계를 전압범위 내에서의 전류값의 크기 차이를 고려하여 로그스케일로 나타낸 그래프이다. 도 2a를 참조하면, 역방향 전압에 의한 포화전류밀도의 예상값은 -10-10.9[A/㎤]이다. 또한, 표 1의 값들을 이용하여 계산한 접촉전위 차(junction voltage)는 0.85V이며, 공핍영역의 길이는 35.2㎛ 였다.2A and 2B are graphs showing the current density-voltage relationship according to the reverse voltage and the forward voltage application, calculated from Equation (1), in log scale in consideration of the difference in magnitude of the current value within the voltage range. Referring to FIG. 2A, the expected value of the saturation current density by the reverse voltage is -10 -10.9 [A / cm 3]. In addition, the junction voltage calculated using the values in Table 1 was 0.85 V, and the length of the depletion region was 35.2 μm.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 n-형 CIS와 p-형 CuSe를 이용한 이종접합 다이오드의 개략적인 사시도이다. 도 3을 참조하면, 기판(11)위에 n-형 CIS 박막(12)이 형성되어 있고, 그 위에 p-형 CuSe 박막(13)이 n-형 CIS 박막(12)의 일부를 노출시키면서 형성되어 있다. n-형 CIS 박막(12)은 이종접합 다이오드의 n형 영역을 이루고, p-형 CuSe 박막(13)은 이종접합 다이오드의 p-형 영역을 이룬다. 기판(11)은 유리기판을 사용할 수 있고, 그 외에도 박막으로 형성되는 전자 소자의 기판으로 사용될 수 있는 물질을 사용할 수 있다.3 is a schematic perspective view of a heterojunction diode using n-type CIS and p-type CuSe according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, an n-type CIS
노출된 n-형 CIS 박막(12) 위와 p-형 CuSe 박막(13) 위에 Au 박막(14, 15)이 형성되어 있다. Au 박막(14, 15)은 n-형 CIS 박막(12) 및 p-형 CuSe 박막(13)과 오믹 콘택(Ohmic contact)을 이루며, 따라서 n-형 CIS 박막(12)과 접하는 Au 박막(14)은 캐소드 역할을 하며 p-형 CuSe 박막(13)과 접하는 Au 박막(15)은 애노드 역할을 할 수 있다.Au
한편, 도 3의 실시예에서는 n-형 CIS 박막(12)이 기판(11)과 접촉하고 있고, p-형 CuSe 박막(13)이 n-형 CIS 박막(12) 위에 형성되어 있으나, 이와 다르게 p-형 CuSe 박막(13)이 기판(11)과 접촉하고, n-형 CIS 박막(12)이 p-형 CuSe 박막(13) 위에 형성되어 있을 수 있다. 또한, 캐소드 및 애노드로써 Au 이외에도 n-형 CIS 박막(12) 및 p-형 CuSe 박막(13)과 오믹 콘택을 이룰 수 있는 금속물질이 사용될 수 있다.Meanwhile, in the embodiment of FIG. 3, the n-type CIS
도 4는 도 1에서 설명한 실시예에 따른 접합 다이오드에 전압을 인가하여 측 정한 전류값을 도시한 그래프들이다. 도 4에서 ○로 표시된 그래프는 다이오드의 접합부에 파장 800nm 주변의 빛을 조사하면서 측정한 것이고, ●로 표시된 그래프는 빛의 조사 없이 측정한 것이다. 빛의 조사 유무에 관계없이, 역방향 전압을 인가한 경우에는 2nA 미만의 미약한 전류가 흐르고, 순방향 전압을 인가한 경우에는 전압값에 따라 비선형적으로 전류가 증가하여 정류작용이 이루어지고 있음을 보여준다.4 is a graph illustrating current values measured by applying a voltage to the junction diode according to the exemplary embodiment described with reference to FIG. 1. In FIG. 4, the graph marked by ○ is measured while irradiating light around the wavelength of 800 nm to the junction of the diode, and the graph marked by ● is measured without irradiation of light. Regardless of whether the light is irradiated, a weak current of less than 2nA flows when the reverse voltage is applied, and the rectification is performed by non-linearly increasing the current when the forward voltage is applied. .
한편, 순방향 전압 인가시 빛이 조사된 경우(○)에는 빛이 조사되지 않은 경우(●)보다 다이오드를 통하여 전류가 더 많이 흘렀다. 2V의 전압 인가시 빛이 조사된 경우(○)에는 9.4nA의 전류가 측정되고 빛이 조사되지 않은 경우(●)에는 4.8nA의 전류가 측정되어 빛의 조사 유무에 따라 전류의 비가 약 두 배까지 벌어졌다. 따라서 빛의 조사 유무에 따른 전류의 차이를 이용하여 광검출 소자로도 활용을 기대할 수 있다.On the other hand, when light was irradiated (○) during forward voltage application, more current flowed through the diode than when no light was irradiated (●). When light is irradiated with 2V voltage applied (○), a current of 9.4nA is measured, and when no light is irradiated (●), a current of 4.8nA is measured. It happened until. Therefore, it can be expected to be utilized as a photodetecting device by using the difference in current according to the irradiation of light.
지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.So far, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. will be. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 박막 적층 구조의 n-형 CIS와 p-형 CuSe의 접합을 이용하여 정류기능을 갖는 이종접합 다이오드를 구현할 수 있었다. As described in detail above, in the present invention, a heterojunction diode having a rectifying function may be realized by using a junction of an n-type CIS and a p-type CuSe of a thin film laminate structure.
한편, 본 발명에 따른 n-형 CIS와 p-형 CuSe의 이종접합 다이오드는 빛의 조사 유무에 따라 전압-전류 특성을 달리하므로 광검출 소자로의 활용 및 광-TFT와 같은 스위칭 소자로써의 개발 가능성을 기대할 수 있다.On the other hand, the heterojunction diode of n-type CIS and p-type CuSe according to the present invention has different voltage-current characteristics depending on whether light is irradiated, so it can be utilized as a photodetector and as a switching element such as photo-TFT. You can expect the possibility.
Claims (13)
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| KR1020060120079A KR100859708B1 (en) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | Hetero-junction diode with n-type CIS and p-type CuSe |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5506426A (en) * | 1991-09-27 | 1996-04-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Compound semiconductor, a method for producing a thin film thereof, and a semiconductor device having the thin film |
| US20050151131A1 (en) * | 2002-06-11 | 2005-07-14 | Wager John F.Iii | Polycrystalline thin-film solar cells |
-
2006
- 2006-11-30 KR KR1020060120079A patent/KR100859708B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20050151131A1 (en) * | 2002-06-11 | 2005-07-14 | Wager John F.Iii | Polycrystalline thin-film solar cells |
Also Published As
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|---|---|
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