KR100976865B1 - 파장 검출 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 파장 검출 장치는 특정 광의 파장을 용이하게 검출할 수 있도록, 내부에 공간을 가지며 일측에 개구가 형성된 하우징과 상기 개구에 설치되며 광투과성 물질로 이루어진 투명창과 상기 하우징 내에 설치되며 입사된 광에 반응하여 전류를 흘리는 감응소자를 포함하고, 상기 감응소자는 상기 하우징 내에 설치된 기판과 상기 기판 위에 설치되며 나노 크기를 갖는 나노 감응체와 상기 나노 감응체와 전기적으로 연결된 전극과 상기 전극과 전기적으로 연결된 전원, 및 상기 전원과 상기 전극 사이에 설치된 전류계를 포함할 수 있다.
파장 검출, 나노 감응체, 밴드 갭, 양자 점
Description
본 발명은 파장 검출 장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 나노 크기를 갖는 나노 감응체를 이용하여 파장을 검출하는 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
산업기술의 발달에 따라 국내 및 국외에서 환경오염에 대한 경각심이 지속적으로 높아지고 있으며, 높은 인구밀도와 대도시 중심의 인구집중 및 에너지 사용량의 급증으로 인한 환경오염물질의 배출로 환경오염이 심각한 실정이다.
이에 환경오염 상황을 정확히 판단하기 위하여 환경 영향을 모니터링 하며 제어하는 기술이 필요하게 되었다.
특히 자외선은 인체에 치명적인 피해를 미치는 바, 자외선은 100nm - 400 nm 태양빛 스펙트럼으로서, 파장대 별로 UVA(315nm - 400nm), UVB(280nm - 315nm), 및 UVC(100nm - 280nm)로 구분된다. UVA는 전체 자외선의 98%를 차지하고 주름살 및 노화를 발생시키고, UVC 는 대부분 오존층에서 흡수되고 지구 표면에서는 무시할 만큼 작은 양이나, 2% 의 UVB 는 백내장, 피부암, 면역력 저하 등을 일으키므로 치 명적인 파장범위이다.
미국의 국립암센터 (National Cancer Institute, NCI) 의 보고에 따르면, 1999년 한 해에만 600,000건 이상의 피부암이 발생하는 것으로 알려져 있다. NCI 의 2007년 통계에 의하면 피부암의 발생은 전체적으로는 1,000,000명 이상일 것으로 평가하고 있으며, 2000명에 달하는 인명사고가 발생하였다고 발표하였다.
건강에 대한 관심이 증대되어, 자외선을 검출할 수 있는 휴대용 자외선 검출기에 대한 수요가 급증하고 있으나, 현재 대부분의 자외선 검출기는 질화갈륨 (GaN) 등의 화합물 반도체 및 벌크 필름 타입 (SiC, TiO2, GaN, ZnO) 등을 이용한 센서를 보편적으로 사용하고 있다. 그러나 이러한 종래의 자외선 검출기는 주변 기기와의 효용성이 낮은 어려움을 가지고 있으며, 넓은 범위의 빛에 감응하기 위해 가시광 컷필터가 필요하다는 단점이 있다.
또한, 종래의 자외선 검출기는 감응의 반복 재연성이 떨어지고 감도가 저하되는 문제점을 가지고 있다. 또한 대부분의 자외선 검출기는 자외선과 가시광 사이에서 동작하여 선택성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 특정한 파장대의 광을 신속하고 용이하게 검출할 수 있는 파장 검출 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 검출 장치는 내부에 공간을 가지며 일측에 개구가 형성된 하우징과 상기 개구에 설치되며 광투과성 물질로 이루어진 투명창과 상기 하우징 내에 설치되며 입사된 광에 반응하여 전류를 흘리는 감응소자를 포함하고, 상기 감응소자는 상기 하우징 내에 설치된 기판과 상기 기판 위에 설치되며 나노 크기를 갖는 나노 감응체와 상기 나노 감응체와 전기적으로 연결된 전극과 상기 전극과 전기적으로 연결된 전원, 및 상기 전원과 전기적으로 연결된 전류계를 포함할 수 있다.
상기 나노 감응체와 상기 전극은 쇼트키 접합될 수 있으며, 상기 기판 상에는 절연층이 형성되고, 상기 절연층 위에 상기 전극들이 형성될 수 있다.
상기 나노 감응체는 특정된 범위의 파장에 반응하는 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 파장 검출 장치는 복수 개의 감응소자를 포함하고, 상기 감응소자들의 밴드 갭은 서로 상이하도록 형성될 수 있다.
상기 감응소자들과 연결되어 상기 감응소자들에서 발생된 신호를 보정하는 증폭기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 나노 감응체는 이종 구조의 나노 물질들이 결합된 복합체로 이루어질 수 있으며, 상기 나노 감응체는 4족 진성 반도체, 4-4족 화합물 반도체, 3-5족 화합물 반도체, 2-6족 화합물 반도체, 4-6족 화합물 반도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 나노 감응체는 양자점으로 이루어질 수 있으며, 상기 나노 감응체는 복수의 층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파장 검출 장치의 제조 방법은 기판을 준비하는 단계와, 상기 나노 감응체의 밴드 갭을 조절하는 밴드 갭 조절 단계와, 상기 기판 상에 상기 나노 감응체를 설치하는 나노 감응체 설치 단계와, 상기 나노 감응체에 전극을 연결하는 전극 연결 단계와, 상기 전극에 전원을 전기적으로 연결하는 전원 연결 단계, 및 상기 전극과 상기 전원 사이에 전류계를 설치하는 전류계 설치 단계를 포함할 수 있다.
상기 전극 연결 단계에서 상기 나노 감응체에 상기 전극을 쇼트키 접합할 수 있다.
또한, 상기 밴드 갭 조절 단계에 있어서, 상기 나노 감응체의 크기를 조절하여 밴드 갭을 조절할 수 있으며, 나노튜브, 나노 와이어에 양자점 또는 나노 파티클(nano particle)을 결합하여 밴드 갭을 조절할 수도 있다.
또한, 상기 밴드 갭 조절 단계에 있어서, 상기 나노 감응체를 이루는 물질의 조성 비율을 달리하여 밴드 갭을 조절할 수 있다.
본 발명에서는 파장 검출 장치는 나노 감응체를 이용하는 바, 나노 감응체는 벌크 (Bulk) 물질과 비교 하였을 때 부피대비 표면적비가 커서 본 발명에 따른 파장 검출 장치는 반응성이 빠르고 잡음비가 낮아서 신뢰성이 향상된다.
또한, 본 발명의 파장 검출 장치는 구동전력을 현저하게 낮아서 소모 전력이 작고 소형화된 형태로 자외선 등의 파장을 검출할 수 있다.
또한, 나노 감응체와 전극을 쇼트키 접합하여 낮은 전력으로 구동이 가능하며 높은 응답속도를 얻을 수 있다.
또한, 복수 개의 감응 소자를 이용하고 이들에서 발생된 신호를 보정하여 파장을 검출함으로써 다양한 영역의 파장을 보다 용이하고 정확하게 검출할 수 있다.
본 발명에 있어서 나노 감응체라 함은 나노(nano)크기를 갖는 감응체를 말하며, '나노 크기를 갖는다'함은 직경, 두께, 폭, 길이 등 물질을 이루는 어느 한 부분의 크기가 나노 크기로 이루어진 것을 말한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 검출 장치를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 파장 검출 장치는 제1 감응소자(110)와 제2 감응소자(120), 및 각각의 감응소자들(110, 120)에서 발생된 신호의 크기를 비교하는 혼합기(131), 혼합기(131)로부터 신호의 크기에 대한 정보를 전달받아 증폭 계수를 결정하는 판단기(134), 증폭 계수에 따라 각각의 감응소자들(110, 120)에서 발생된 신호를 증폭하여 보정하는 증폭기(132, 136), 및 신호를 통해서 입사된 광의 파장을 검출하는 비교기(137)를 포함한다.
제1 감응소자(110)와 제2 감응소자(120)는 입사광에 따라 신호를 발생시키는 역할을 한다.
일정한 광이 입사되면 제1 감응소자(110) 및 제2 감응소자(120)에서 신호를 발생시키는데, 신호의 크기가 차이가 나는 경우 반응의 감도를 저하시키는 원인이 된다.
이러한 경우 신호의 보정이 필요한데, 신호의 보정을 위해서 혼합기(131)가 각각의 감응소자들(110, 120)과 연결 설치된다. 혼합기(131)는 각 감응소자(110, 120)에서 발생된 신호의 크기를 비교한다. 혼합기(131)에는 판단기(134)가 연결되는데, 판단기(134)는 신호의 차이에 대한 증폭계수를 설정한다.
판단기(134)에는 제1 감응소자(110)와 연결된 제1 증폭기(132)와 제2 감응소자(120)와 연결된 제2 증폭기(136)가 연결 설치되는데, 각각의 증폭기(132, 136)는 설정된 증폭계수에 따라 신호를 증폭한다.
증폭된 신호는 판단기(134)를 거쳐서 비교기(137)로 전달되는데, 비교기(137)는 신호를 병렬로 조합하여 다양한 파장대의 파장을 검출한다.
즉, 도 4a에 도시된 바와 같이 특정한 파장에 반응하는 두 개의 감응소자(110, 120)를 통해서 두 개의 신호가 전달되면 비교기(137)는 AND, OR, NOR, NAND 연산 또는 이들의 조합 연산을 통해서 목적된 파장대를 정할 수 있다.
도 4b는 도 4a에 나타난 신호를 AND 연산으로 조합하여 나타낸 그래프이다. 도 4b에 나타난 바와 같이 특정 파장대에 반응하는 신호를 AND 연산으로 조합하면 중간 파장대의 광의 존재여부를 검출할 수 있다.
도 4c는 도 4a에 나타난 신호를 OR 연산으로 조합하여 나타낸 그래프이다. 도 4c에 나타난 바와 같이 특정 파장대에 반응하는 신호를 OR 연산으로 조합하면 두 개의 반응파장 영역 사이의 파장을 갖는 광의 존재여부를 검출할 수 있다.
비교기(137)를 통해서 검출하고자 하는 파장의 영역이 설정되면, 표시기(138)를 통해서 광의 존재여부를 표시하여 사용자에게 알린다.
제1 감응소자(110)는 제1 나노 감응체(114)와 제1 나노 감응체(114)의 양단에 형성된 전극(112), 전극(112)과 전기적으로 연결된 전원(118), 및 전극(112)과 전원(118) 사이에 연결 설치된 전류계(116)를 포함한다. 제2 감응소자(120)는 제1 감응소자(110)와 동일하게 제2 나노 감응체(124), 전극(122), 전원(128), 전류계(126)를 포함한다. 여기서 제1 나노 감응체(114)와 제2 나노 감응체(124)는 서로 다른 밴드 갭을 갖는다.
도 2를 참조하여 제1 감응소자(110)에 대하여 보다 자세히 설명한다. 제1 감응소자(110)와 제2 감응소자(120)는 서로 다른 특성을 갖는 나노 감응체(112, 114)를 제외한 나머지 부분이 동일한 구성으로 이루어지는 바, 제1 감응소자(110)에 대한 설명으로 제2 감응소자(120)에 대한 설명을 대체한다.
제1 감응소자(110)는 내부에 공간을 갖는 하우징(117)과 하우징(117)의 일면에 고정 설치된 투명창(119)을 더 포함한다.
하우징(117)은 대략 직육면체로 이루어지나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 원통형, 구형 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
하우징(117)의 일 면에는 개구부가 형성되는데, 이 개구부에 투명창(119)이 설치된다. 투명창(119)은 광투과성 물질로 이루어지며, 입사광이 나노 감응 체(114)로 용이하게 전달될 수 있도록 하는 역할을 한다.
나노 감응체(114)의 양단에는 전극(112)이 설치되고, 전극(112)과 기판(113) 사이에는 절연을 위한 절연층(115)이 형성된다.
나노 감응체(114)는 나노 튜브, 나노 와이어, 양자점, 나노 파티클, 또는 나노 크기의 박막으로 이루어질 수 있다.
나노 감응체(114)에 광이 입사하고, 입사광의 광에너지(Photon energy)가 물질의 밴드 갭(Eg)보다 크면 나노 감응체(114) 내부에 포톤(Photon)이 생성되고, 전자, 정공의 캐리어(Electron hole carriers)가 생성된다.
도 3은 입사된 자외선(254nm)에 대한 나노 감응체들의 저항 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)와 단일벽 탄소나노튜브에 팔라듐를 첨가한 소재(SWCNT + Pd)는 광이 입사되면 저항이 증가하는 것을 알 수 있다.
반면, 다중벽 탄소나노튜브에 백금을 첨가한 소재(MWCNT + Pt)는 광이 입사되더라도 저항의 변화가 거의 없으며, 산화주석 나노와이어(SnO2 NWs)는 광이 입사되면 저항이 현저하게 감소하는 것을 알 수 있다.
또한, 나노 감응체들의 저항 변화는 민감하고 변화가 매우 빠른 것을 알 수 있다.
나노 감응체(114)는 전극(112)을 매개로 전원(118)과 연결되어 있는데, 입사광에 의하여 캐리어가 형성되면, 나노 감응체를 통해서 흐르는 전류가 변화하여 전 류계(116)를 통해서 전류의 변화 신호를 출력한다.
이때 검출된 전류 신호는 혼합기(131)와 증폭기(136) 등으로 전달된다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 나노 감응체(114)를 이용하여 특정한 파장대의 광을 검출하는데, 나노 감응체(114)는 부피에 비하여 표면적비가 커서 반응성이 빠르고 잡음비가 낮은 파장 검출 장치를 얻을 수 있다. 또한, 구동 전력이 작으며 소형화시킬 수 있다.
도 5는 물질에 따른 밴드 갭과 이에 대응되는 입사광의 파장을 도시한 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이 특정한 물질로 이루어진 나노 감응체(114)의 경우 일정한 밴드 갭을 갖는데, 이러한 물질의 밴드 갭을 이용하면, 특정한 파장에 반응하는 파장 검출 장치를 제작할 수 있다.
나노 감응체(114)의 밴드 갭 특성을 이용하면 두 개의 감응소자 중 어느 하나만 반응할 경우, 각 감응소자들이 반응하는 파장 사이의 영역에 해당하는 파장이 입사된 것을 확인할 수 있다.
도 6은 카드늄셀레나이드(CdSe) 양자점의 직경에 따라 입사광의 파장에 따라 흡광도가 변하는 것을 나타낸 그래프이다.
양자점의 직경이 증가함에 따라 반응하는 입사광의 파장 및 흡광도가 증가하는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 나노 감응체(114)의 크기가 변함에 따라서 반응하는 파장이 달라지는 것을 알 수 있는데, 파장 검출 장치에 설치되는 나노 감응체(114)의 크기를 변화시켜서 특정한 파장을 갖는 광을 검출하도록 조절할 수 있다.
이외에도 금속 파티클 등을 특정 파장에 감응하는 나노 감응체로 이용할 수 있는데 이 때에는 입자의 크기를 조절하여 반응하는 파장대를 조절할 수 있다. 또한, 기존의 나노구조체들간의 복합체를 형성하여 나노 감응체(114)를 구성할 수 있는데, 나노튜브와 양자점 복합체, 나노튜브와 나노와이어의 복합체, 나노 튜브와 금속 파티클의 복합체 등을 이용하여 특정 파장대에 반응하는 나노 감응체(114)를 형성할 수 있다.
예를 들어 280nm의 파장을 갖는 광에 반응하는 물질로서 4.4eV의 밴드 갭을 갖는 CaSnO3를 이용하고, 315nm에 반응하는 물질로서 3.9eV의 밴드 갭을 갖는 TiO2를 이용하여 원하는 파장대를 검출할 수 있다.
또한, 밴드 갭 조절(band gap engineering)을 통해서 나노 감응체(114)를 형성할 수 있는데, AlxGa1-xN의 밴드 갭 조절을 통해서 물질을 구성한다면 x=50%일 때에 280nm의 파장에 반응하고, x=40%일 때 315nm의 파장에 반응하도록 조절하여 280nm 내지 315nm의 파장을 갖는 광을 검출할 수 있다.
이러한 방식은 특정 파장에 감응하는 나노 감응체(114)를 형성할 때, 나노 감응체(114)가 4족 진성 반도체 또는 4-4족 화합물 반도체, 또는 3-5족 화합물 반도체, 또는 2-6족 화합물 반도체 또는 4-6족 화합물 반도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진다.
본 실시예에서는 2개의 감응소자(110, 120)가 설치된 것으로 예시하고 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 3개 이상의 감응소자를 설치하는 다양한 파장대의 광을 검출하도록 조절할 수 있다.
나노 감응체(114)가 전극(112)과 연결되도록 배열하는 방법으로는 유전 영동법 또는 잉크젯 프린팅, 스핀 코팅 등의 후처리 공정이 적용될 수 있다. 유전 영동법은 나노 감응체(114)가 금속 전극(112)에 가한 전계에 의하여 자발적으로 배열되도록 유도하는 방법이며, 후처리 공정은 나노 감응체(114)를 미리 증착하고 그 위에 금속 증착을 통하여 전극(112)을 형성함으로써 후접합 공정이 필요 없고 대량 생산에 적합한 방법이다.
또한, 나노 감응체(114)와 전극(112)은 쇼트키(schottky) 접합으로 연결될 수 있는데, 이에 따라 반응속도 및 전력 소모를 최소화할 수 있다. 쇼트키 접합(schottky junction)은 반도체와 금속이 접촉된 구조의 접합으로서 종래의 p-n 접합에 비하여 순방향 전압이 낮고 고속으로 반응한다.
또한, 본 실시예에 따른 파장 검출 장치는 자외선, X-선 등 다양한 종류의 광을 검출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 파장 검출 장치를 계략적으로 도시한 구성도이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 파장 검출 장치에는 나노 감응체(214)와 나노 감응체(214)의 양단에 연결 설치된 전극(212)과 전극(212)과 전기적으로 연결된 전원(218)을 포함하는 감응소자(210)가 설치되며, 전원(218)과 전극(212) 사이에는 전류계(216)가 설치된다.
전류계(216)에는 전류계(216)에서 출력된 신호를 바탕으로 파장을 특정하여 입사된 광의 종류를 분석하는 검출기(237)가 연결 설치된다. 또한, 검출기(237)에는 검출기(237)에서 분석된 광의 종류를 표시하는 표시기(239)가 설치된다.
본 실시예에 따른 파장 검출 장치는 하나의 감응소자(210)를 포함하는데, 감응소자(210)에 설치된 나노 감응체(214)는 일정한 범위에 속하는 파장을 갖는 광이 입사할 경우 저항이 변화한다. 예를 들어 나노 감응체(214)는 고유 반응 파장대가 280nm 내지 315nm인 물질로 이루어질 수 있는데, 이에 따라 280nm 내지 315nm의 파장을 갖는 광이 입사할 경우 저항의 변화를 일으켜 특정한 파장을 갖는 광을 검출할 수 있다. 나노 감응체(214)의 밴드 갭 범위는 물질의 고유한 밴드 갭을 이용하는 방법과 이종 물질의 도핑 등을 통해서 조절될 수 있다.
이와 같이, 나노 감응체(214)가 특정한 반응 대역을 갖도록 설정한 경우 하나의 감응소자(210) 만으로 특정한 광을 검출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파장 검출 장치의 감응소자를 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 감응소자(300)는 기판(323)과 기판(313) 상에 설치된 절연층(315)과 절연층(315) 상에 설치된 나노 감응체(314)와 나노 감응체(314)와 전기적으로 연결된 전극들(312), 및 전극들(312)과 전기적으로 연결된 전원(318)을 포함한다. 또한, 전극(312)과 전원(318) 사이에는 전류계(316)가 설치된다.
나노 감응체(314)는 복수개의 층으로 이루어지는데, 나노 감응체(314)는 원하는 파장을 검출하기 위하여 층의 개수를 달리할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 나노 감응체(314)는 층들의 개수가 변화함에 따라 밴드 갭이 달라지며, 밴드 갭의 변화에 따라 감응하는 파장의 영역도 변화한다.
즉, 동일한 물질로 이루어진 나노 감응체(314)의 경우, 층의 개수가 증가함에 따라 밴드 갭이 감소하며, 이에 따라 감응하는 파장의 대역은 높은 파장의 대역으로 변화한다. 여기서 나노 감응체(314)는 양자점으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 나노 감응체(314)를 이루는 층의 변화에 따라 밴드 갭이 변화하는 것을 이용하여 원하는 파장대를 검출하는 나노 감응체(314)를 구성할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 검출 장치를 제작하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 10을 참조하여 파장 검출 장치의 제조 방법을 살펴보면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 검출 장치 제조 방법은 기판 상에 나노 감응체를 설치하는 나노 감응체 설치 단계(S101)와 나노 감응체에 전극을 쇼트키 접합으로 연결하는 전극 연결 단계(S102)와 전극에 전원을 전기적으로 연결하는 전원 연결 단계(S103)와 전극과 전원 사이에 전류계를 설치하는 전류계 설치 단계(S104)를 포함할 수 있다.
기판 상에 나노 감응체를 배열하는 단계(S101)는 기판 상에 설치된 전극에 유전 영동법으로 나노 감응체를 전극과 연결되도록 설치할 수 있으며, 나노 감응체를 미리 증착하고 그 위에 메탈 증착 등을 통하여 금속 전극을 형성할 수도 있다.
또한, 본 파장 검출 장치 제조 방법은 기판을 준비하고, 기판 상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 절연층은 나노 감응체에 연결 설치된 두 개의 전극들을 절연시키는 역할을 한다.
또한, 본 파장 검출 장치 제조 방법은 나노 감응체의 밴드 갭을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 밴드 갭은 나노 감응체의 크기를 조절하거나, 나노 튜브 또는 나노 와이어에 양자점 또는 나노 파티클을 도핑으로 결합하여 조절될 수 있다.
또한, 본 파장 검출 장치 제조 방법은 각 감응소자와 연결되어 각 감응소자에서 발생된 신호의 크기를 비교하는 혼합기를 설치하는 단계와 상기 혼합기와 연결되어 증폭계수를 설정하는 판단기를 설치하는 단계와 상기 판단기와 연결되어 감응소자에서 발생된 신호를 증폭하는 증폭기를 설치하는 단계와, 파장을 검출하는 비교기를 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 검출 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 검출 장치의 감응 소자를 도시한 단면도이다.
도 3은 나노 감응체에 광이 입사된 후, 저항의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 감응 소자에서 검출된 신호와 이들 신호의 연산 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 물질의 종류에 따른 밴드 갭을 나타낸 그래프이다.
도 6은 양자점의 크기에 따른 반응 파장의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 파장 검출 장치를 도시한 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파장 검출 장치의 감응소자를 도시한 단면도이다.
도 9는 나노 감응체의 층의 개수 변화에 따른 밴드 갭의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 검출 장치의 제조 과정을 도시한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110, 120: 감응소자 112, 122: 전극
113, 123: 기판 114, 124: 나노 감응체
115, 125: 절연층 116, 126: 전류계
117: 하우징 118, 128: 전원
119: 투명창 131: 혼합기
132, 136: 증폭기 134: 판단기
137: 비교기 138: 표시기
Claims (15)
- 내부에 공간을 가지며 일측에 개구가 형성된 하우징;상기 개구에 설치되며 광투과성 물질로 이루어진 투명창;상기 하우징 내에 설치되며 입사된 광에 반응하여 전류를 흘리는 감응소자를 포함하고,상기 감응소자는상기 하우징 내에 설치된 기판;상기 기판 위에 설치되며 나노 크기를 갖는 나노 감응체;상기 나노 감응체와 전기적으로 연결된 전극;상기 전극과 전기적으로 연결된 전원;상기 전원과 상기 전극 사이에 설치된 전류계;를 포함하고상기 나노 감응체와 상기 전극은 쇼트키 접합된 파장 검출 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 기판 상에는 절연층이 형성되고, 상기 절연층 위에 상기 전극들이 형성된 파장 검출 장치.
- 제1항에 있어서,상기 나노 감응체는 설정된 범위의 파장에 반응하는 물질로 이루어진 파장 검출 장치.
- 제1항에 있어서,상기 파장 검출 장치는 복수 개의 감응소자를 포함하고,상기 감응소자들의 밴드 갭은 서로 상이한 파장 검출 장치.
- 제1항에 있어서,상기 감응소자들과 연결되어 상기 감응소자들에서 발생된 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 파장 검출 장치.
- 제1항에 있어서,상기 나노 감응체는 이종 구조의 나노 물질들이 결합된 복합체로 이루어진 파장 검출 장치.
- 제1항에 있어서,상기 나노 감응체는 4족 진성 반도체, 4-4족 화합물 반도체, 3-5족 화합물 반도체, 2-6족 화합물 반도체, 4-6족 화합물 반도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 이루어진 파장 검출 장치.
- 제1항에 있어서,상기 나노 감응체는 양자점으로 이루어진 파장 검출 장치.
- 제9항에 있어서,상기 나노 감응체는 복수의 층으로 이루어진 파장 검출 장치.
- 기판을 준비하는 단계;나노 감응체의 밴드 갭을 조절하는 밴드 갭 조절 단계;상기 기판 상에 상기 나노 감응체를 설치하는 나노 감응체 설치 단계;상기 나노 감응체에 전극을 쇼트키 접합하는 전극 연결 단계;상기 전극에 전원을 전기적으로 연결하는 전원 연결 단계; 및상기 전극과 상기 전원 사이에 전류계를 설치하는 전류계 설치 단계;를 포함하는 파장 검출 장치의 제조 방법.
- 삭제
- 제11항에 있어서,상기 밴드 갭 조절 단계에 있어서,상기 나노 감응체의 크기를 조절하여 밴드 갭을 조절하는 파장 검출 장치의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,상기 밴드 갭 조절 단계에 있어서,나노튜브, 나노 와이어에 양자점 또는 나노 파티클(nano particle)을 결합하여 밴드 갭을 조절하는 파장 검출 장치의 제조 방법.
- 삭제
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| KR20050090285A (ko) * | 2004-03-08 | 2005-09-13 | 한국과학기술연구원 | 나노선 광센서 및 이를 포함하는 키트 |
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