KR101595429B1 - Optical semiconductor device having transition metal dechalcogenides - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자에 있어서, 기판; 상기 기판 상에 위치하고, 제1면 및 제2면을 가지는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 감광층; 상기 감광층의 제1면과 전기적으로 연결되는 제1전극; 상기 감광층의 제2면과 전기적으로 연결되는 제2전극; 및 상기 제1전극과 전기적으로 연결되는 스위치 소자를 포함하여 구성될 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photo semiconductor device, and more particularly to a photo semiconductor device including a transition metal decalcogenide. The present invention relates to a photosemiconductor element comprising a transition metal decalcogenide, comprising: a substrate; A photosensitive layer disposed on the substrate, the photosensitive layer comprising a transition metal dicalcogenide having a first side and a second side; A first electrode electrically connected to the first surface of the photosensitive layer; A second electrode electrically connected to the second surface of the photosensitive layer; And a switch element electrically connected to the first electrode.

Description

전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자 {Optical semiconductor device having transition metal dechalcogenides}[0001] The present invention relates to an optical semiconductor device having transition metal dichalcogenides,

본 발명은 광 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photo semiconductor device, and more particularly to a photo semiconductor device including a transition metal decalcogenide.

주기율표 16족에 속하는 원소 중 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te), 폴로늄(Po) 다섯 원소를 산소족 원소(oxygen group element)라고 하며 이들 중 황, 셀레늄, 텔루륨의 세 원소만을 황족원소 또는 칼코겐(chalcogens)이라고도 한다.Among the elements belonging to group 16 of the periodic table, oxygen (O), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te) and polonium (Po) are referred to as oxygen group elements, Only the three elements of tellurium are also referred to as elemental or chalcogens.

산소, 황은 대표적인 비금속원소이나 이밖에는 원자번호의 증가와 함께 비금속성을 잃고 금속성이 증가한다. 셀레늄, 텔루륨, 폴로늄은 희유원소이고 폴로늄은 천연방사성 원소이다. Oxygen and sulfur are representative non-metallic elements, but with the increase of atomic number they lose their nonmetals and increase their metallicity. Selenium, tellurium, and polonium are rare elements, and polonium is a natural radioactive element.

금속 칼코게나이드(metal chacogenide)는 전이금속과 칼코겐의 화합물로서 그래핀과 유사한 구조를 가지는 나노 재료이다. 그 두께는 원자 수 층의 두께로 매우 얇기 때문에 유연하고 투명한 특성을 가지며, 전기적으로는 반도체, 도체 등의 다양한 성질을 보인다.Metal chacogenide is a nanomaterial having a structure similar to graphene as a transition metal and chalcogen compound. Its thickness is very thin due to the thickness of the atomic layer, so it has flexible and transparent characteristics, and it has various properties such as semiconductor, conductor and the like electrically.

특히, 반도체 성질의 금속 칼코게나이드의 경우 적절한 밴드갭(band gap)을 가지면서 수백 ㎠/V·s의 전자 이동도를 보이므로 트랜지스터 등의 반도체 소자의 응용에 적합하고 향후 유연 트랜지스터 소자에 큰 잠재력을 가지고 있다. Particularly, in the case of a semiconductor chalcogenide having an appropriate band gap and electron mobility of several hundreds cm 2 / V · s, it is suitable for application of a semiconductor device such as a transistor, It has potential.

금속 칼코게나이드 물질 중 가장 활발히 연구되고 있는 MoS2, WS2 등의 경우 단층 상태에서 직접 밴드갭(direct band gap)을 가지므로 효율적인 광 흡수가 일어날 수 있어 광센서, 태양전지 등의 광소자 응용에 적합하다.Metal chalcogenide materials when such MoS 2, WS 2, which have been studied most actively in can have efficient light absorption occurs because of the direct band gap (direct band gap) in a single layer state optical sensor, the optical device applications, such as solar cells Lt; / RTI >

엑스선(X-ray) 등의 광을 감지하는 이미지 센서는 보통 비정질 실리콘(a-Si) 또는 비정질 셀레늄(a-Se)을 광 감지 물질로 이용한다.Image sensors that sense light such as x-rays usually use amorphous silicon (a-Si) or amorphous selenium (a-Se) as photosensitizers.

그러나 이러한 비정질 실리콘(a-Si) 또는 비정질 셀레늄(a-Se)을 광 감지 물질로 이용하는 이미지 센서는 엑스선 흡수율이 낮거나 빛의 산란으로 인하여 이미지가 선명하지 않은 단점을 가진다.However, an image sensor using such amorphous silicon (a-Si) or amorphous selenium (a-Se) as a photo-sensing material has a disadvantage in that the X-ray absorptance is low or the image is not clear due to light scattering.

이러한 엑스선은 공항, 병원을 비롯하여 실생활에 널리 이용되고 있으며, 고 에너지 광자가 생체를 투과하므로 조사량을 줄여 인체 유해성을 낮추면서도 선명한 이미지를 얻을 수 있는 방안이 요구된다.These X-rays are widely used in real life including airports, hospitals, and high-energy photons penetrate the living body. Therefore, it is necessary to reduce the amount of radiation to reduce the harmfulness of the human body and to obtain a clear image.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전이금속 디칼코게나이드 물질을 감광층으로 적용하여 감광도가 높아 적은 광선을 조사하면서 선명한 이미지를 얻을 수 있는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자를 제공하고자 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, it is an object of the present invention to provide a photosemiconductor device comprising a transition metal decalcogenide material as a photosensitive layer to obtain a clear image by irradiating a small amount of light with high photosensitivity .

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자에 있어서, 기판; 상기 기판 상에 위치하고, 제1면 및 제2면을 가지는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 감광층; 상기 감광층의 제1면과 전기적으로 연결되는 제1전극; 상기 감광층의 제2면과 전기적으로 연결되는 제2전극; 및 상기 제1전극과 전기적으로 연결되는 스위치 소자를 포함하여 구성될 수 있다.According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical semiconductor device comprising a transition metal dicalcogenide, the optical semiconductor device comprising: a substrate; A photosensitive layer disposed on the substrate, the photosensitive layer comprising a transition metal dicalcogenide having a first side and a second side; A first electrode electrically connected to the first surface of the photosensitive layer; A second electrode electrically connected to the second surface of the photosensitive layer; And a switch element electrically connected to the first electrode.

여기서, 상기 감광층은, 상기 제1면을 가지는 제1전도성 층; 및 상기 제2면을 가지는 제2전도성 층을 포함할 수 있다.Here, the photosensitive layer may include: a first conductive layer having the first surface; And a second conductive layer having the second surface.

또한, 상기 감광층은, 서로 다른 적어도 두 종류의 전이금속 디칼코게나이드를 포함할 수 있다.In addition, the photosensitive layer may include at least two kinds of transition metal dicalcogenides which are different from each other.

여기서, 상기 감광층 상에는 엑스선을 가시광선 또는 적외선으로 변환하는 신틸레이터를 더 포함할 수 있다.Here, the photodiode may further include a scintillator for converting x-rays into visible rays or infrared rays.

이때, 상기 신틸레이터와 감광층 사이에는 유전체층을 더 포함할 수 있다.At this time, a dielectric layer may be further disposed between the scintillator and the photosensitive layer.

여기서, 상기 감광층과 제1전극 사이에는 전자 장벽층을 더 포함할 수 있다.Here, an electron barrier layer may be further formed between the photosensitive layer and the first electrode.

이때, 상기 제1전극 및 전자 장벽층이 단위 화소를 이루어 상기 스위치 소자 상에 다수 개로 배열될 수 있다.At this time, the first electrode and the electron barrier layer may be arranged as a plurality of unit pixels on the switch element.

한편, 상기 감광층이 단위 화소를 이루어 상기 스위치 소자와 전기적으로 연결되어 다수로 배열될 수도 있다.Meanwhile, the photosensitive layer may be arranged as a plurality of unit pixels electrically connected to the switch elements.

여기서, 상기 기판은 유연 기판을 포함할 수 있다.Here, the substrate may include a flexible substrate.

여기서, 상기 감광층은, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, ZrS2, ZrSe2, ZrTe2, TcS2, TcSe2, TcTe2, ReS2, ReSe2, ReTe2, PdS2, PdSe2, PtS2, PtSe2 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The photosensitive layer may be formed of a material selected from the group consisting of MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 , WSe 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , HfTe 2 , ZrS 2 , ZrSe 2 , ZrTe 2 , TcS 2 , TcSe 2 , TcTe 2 , ReS 2 , ReSe 2 , ReTe 2 , PdS 2 , PdSe 2 , PtS 2 , and PtSe 2 .

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자에 있어서, 기판; 상기 기판 상에 위치하고, 제1전도성 및 제2전도성 층을 이루는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 감광층; 상기 감광층의 제1전도성 층과 전기적으로 연결되는 제1전극; 및 상기 감광층의 제2전도성 층과 전기적으로 연결되는 제2전극을 포함하여 구성될 수 있다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical semiconductor device comprising a transition metal dicalcogenide, the optical semiconductor device comprising: a substrate; A photosensitive layer disposed on the substrate and comprising a transition metal dicalcogenide forming a first conductive and a second conductive layer; A first electrode electrically connected to the first conductive layer of the photosensitive layer; And a second electrode electrically connected to the second conductive layer of the photosensitive layer.

여기서, 상기 감광층은, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, ZrS2, ZrSe2, ZrTe2, TcS2, TcSe2, TcTe2, ReS2, ReSe2, ReTe2, PdS2, PdSe2, PtS2, PtSe2 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The photosensitive layer may be formed of a material selected from the group consisting of MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 , WSe 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , HfTe 2 , ZrS 2 , ZrSe 2 , ZrTe 2 , TcS 2 , TcSe 2 , TcTe 2 , ReS 2 , ReSe 2 , ReTe 2 , PdS 2 , PdSe 2 , PtS 2 , and PtSe 2 .

본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.The present invention has the following effects.

감광층에 포함되는 전이금속 디칼코게나이드 박막은 광감도가 높아 같은 양의 엑스선을 조사하였을 때 선명한 이미지를 얻을 수 있다. Transition metal decalcogenide thin films contained in the photosensitive layer have high photosensitivity, so that clear images can be obtained when the same amount of X-rays are irradiated.

또한, 더 적은 엑스선을 조사하여도 동일하거나 더 우수한 수준의 이미지를 얻을 수 있어 인체 유해성을 줄일 수 있다. In addition, the same or better quality images can be obtained by examining fewer x-rays, thereby reducing the human hazard.

한편, 2차원 전이금속 디칼코게나이드 박막은 층상 구조를 가지므로 매우 얇게 제작이 가능하여 유연 이미지 센서를 제작할 수 있으며, 이와 같은 유연 이미지 센서 어레이를 활용하여 3차원 실시간 엑스선 이미지를 얻을 수 있다.On the other hand, since the two-dimensional transition metal decalcogenide thin film has a layered structure, it can be manufactured to be very thin, so that a flexible image sensor can be manufactured, and a three-dimensional real-time x-ray image can be obtained by using such a flexible image sensor array.

도 1은 광 반도체 소자의 일례를 나타내는 단면 개략도이다.
도 2는 감광층의 구성을 나타내는 단면 개략도이다.
도 3은 광 반도체 소자의 다른 예를 나타내는 단면 개략도이다.
도 4는 유연 이미지 검출기의 예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 유연 이미지 검출기를 이용하여 3차원 촬영을 하는 예를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photosemiconductor element.
2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the photosensitive layer.
3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the optical semiconductor device.
4 is a schematic diagram showing an example of a flexible image detector.
5 is a schematic view showing an example of three-dimensional photographing using a flexible image detector.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. Rather, the intention is not to limit the invention to the particular forms disclosed, but rather, the invention includes all modifications, equivalents and substitutions that are consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. It will be appreciated that when an element such as a layer, region or substrate is referred to as being present on another element "on," it may be directly on the other element or there may be an intermediate element in between .

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, such elements, components, regions, layers and / And should not be limited by these terms.

도 1은 광 반도체 소자의 일례를 나타내는 단면 개략도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photosemiconductor element.

도 1은 전이금속 디칼코게나이드(transition metal dichalogenides)를 포함하는 광 반도체 소자의 일례로서, 엑스선(X-ray)을 감지할 수 있는 엑스선 감지 센서의 예를 도시하고 있다. 이러한 광 반도체 소자는 간접 방식의 센서의 예를 나타내고 있다.FIG. 1 is an example of an optical semiconductor device including transition metal dichalogenides, and shows an example of an X-ray detection sensor capable of detecting an X-ray. This optical semiconductor element shows an example of an indirect type sensor.

도 1에서 도시하는 바와 같이, 엑스선 감지 센서(100)는, 기판(10) 상에 제1면(21) 및 제2면(22)을 가지는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 감광층(20)이 구비될 수 있다.1, the X-ray detection sensor 100 includes a photosensitive layer 20 including a transition metal decalcogenide having a first surface 21 and a second surface 22 on a substrate 10, .

이때, 기판(10)은 유연한 기판이 이용될 수 있다. 그러나 단단한 기판과 같은 다른 기판 재료가 이용될 수도 있음은 물론이다.At this time, the substrate 10 may be a flexible substrate. However, other substrate materials, such as rigid substrates, may of course be used.

또한, 이러한 감광층(20)의 제1면(21)과 전기적으로 연결되는 제1전극(30)과, 감광층(20)의 제2면(22)과 전기적으로 연결되는 제2전극(40)을 포함할 수 있다.A first electrode 30 electrically connected to the first surface 21 of the photosensitive layer 20 and a second electrode 40 electrically connected to the second surface 22 of the photosensitive layer 20 ).

여기서, 감광층(20)은, 한 종류의 전이금속 디칼코게나이드 물질이 단일 원자층 또는 복수의 원자층으로 이루어지는 박막(단일 물질 박막)을 포함할 수 있다.Here, the photosensitive layer 20 may include a thin film (a single material thin film) in which one type of transition metal decalcogenide material is composed of a single atomic layer or a plurality of atomic layers.

또한, 감광층(20)은 전이금속 디칼코게나이드 물질이 단일 원자층 또는 복수의 원자층으로 이루어지는 두 종류 이상의 박막(복합 물질 박막)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, MoS2 박막과 WSe2 박막이 적층된 구조를 이룰 수 있다.Further, the photosensitive layer 20 may include two or more kinds of thin films (composite material thin films) in which the transition metal decalcogenide material is composed of a single atomic layer or a plurality of atomic layers. For example, a MoS 2 thin film and a WSe 2 thin film can be stacked.

한편, 경우에 따라, 감광층(20)은 이러한 단일 물질 박막 또는 복합 물질 박막이 두 층 이상으로 적층된 구조를 이룰 수도 있다.On the other hand, depending on the case, the photosensitive layer 20 may have such a structure that the single material thin film or the composite material thin film is stacked in two or more layers.

이러한 감광층(20)은, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, ZrS2, ZrSe2, ZrTe2, TcS2, TcSe2, TcTe2, ReS2, ReSe2, ReTe2, PdS2, PdSe2, PtS2, PtSe2 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.The photosensitive layer 20 may be formed of any one of MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 , WSe 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , HfTe 2 , ZrS 2 , ZrSe 2 , ZrTe 2 , TcS 2 , TcSe 2, TcTe 2, ReS 2 , ReSe 2, ReTe 2, PdS 2, PdSe 2, PtS 2, PtSe can comprise at least one of a second.

한편, 감광층(20)은, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 서로 다른 전도성을 가지는 두 박막(23, 24)을 포함하여 구성될 수 있다.Meanwhile, the photosensitive layer 20 may include two thin films 23 and 24 having different conductivity as shown in FIG.

예를 들어, 감광층(20)은 제1전도성을 가지는 제1전도성 층(23) 및 제2전도성을 가지는 제2전도성 층(24)을 포함할 수 있다.For example, the photosensitive layer 20 may include a first conductive layer 23 having a first conductivity and a second conductive layer 24 having a second conductivity.

이때, 제1전도성 층(23)은 전이금속 디칼코게나이드 물질이 도핑에 의하여 형성된 n-형 전도성 층일 수 있다. 또한, 제2전도성 층(24)은 전이금속 디칼코게나이드 물질이 도핑에 의하여 형성된 p-형 전도성 층일 수 있다. 즉, 제1전도성은 n-형이고 제2전도성은 p-형일 수 있으며, 반대로 제1전도성은 p-형이고 제2전도성은 n-형일 수도 있다.At this time, the first conductive layer 23 may be an n-type conductive layer formed by doping a transition metal decalcogenide material. Also, the second conductive layer 24 may be a p-type conductive layer formed by doping a transition metal dicalcogenide material. That is, the first conductivity may be n-type and the second conductivity may be p-type, while the first conductivity may be p-type and the second conductivity may be n-type.

이와 같이, 감광층(20)은 제1전도성 층(23)과 제2전도성 층(24)이 p-n 접합을 이룰 수 있다. Thus, the first conductive layer 23 and the second conductive layer 24 of the photosensitive layer 20 can form a p-n junction.

이때, 제1전도성 층(23)은 제1면(21)을 가질 수 있고, 제2전도성 층(24)은 제2면(22)을 가질 수 있다.Here, the first conductive layer 23 may have a first surface 21 and the second conductive layer 24 may have a second surface 22.

다시 도 1을 참조하면, 감광층(20) 상에는 엑스선을 가시광선 또는 적외선으로 변환하는 신틸레이터(60)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 감광층(20)에서는 신틸레이터(60)에 의하여 엑스선이 가시광선 또는 적외선으로 변환된 광을 감지할 수 있다.Referring again to FIG. 1, the photodiode 20 may further include a scintillator 60 for converting X-rays into visible light or infrared light. Therefore, in the photosensitive layer 20, the scintillator 60 can sense the light converted into visible light or infrared light by the X-ray.

이러한 신틸레이터(60)은 NaI, ZnS, CsI, LiI 및 GOS(Gd2O2S:Pr) 등의 물질을 포함할 수 있다.The scintillator 60 may include a material such as NaI, ZnS, CsI, LiI, and GOS (Gd 2 O 2 S: Pr).

신틸레이터(60)는 방사선이 부딪히면 빛을 발하는 형광 물질로서 무기 신틸레이터와 유기 신틸레이터가 있다. NaI(Tl), ZnS(Ag), CsI(Tl), LiI(Tl) 및 GOS는 무기 신틸레이터이고, 유기 신틸레이터로는 안드라신이 대표적이다.The scintillator 60 has an inorganic scintillator and an organic scintillator as fluorescent materials that emit light when the radiation is struck. NaI (Tl), ZnS (Ag), CsI (Tl), LiI (Tl) and GOS are inorganic scintillators, and organic scintillators are representative.

이때, 신틸레이터(60)와 감광층(20) 사이에는 유전체층(70)을 더 포함할 수 있다. 이러한 유전체층(70)은 투명한 물질로서 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물 등을 포함할 수 있다.At this time, a dielectric layer 70 may be further disposed between the scintillator 60 and the photosensitive layer 20. The dielectric layer 70 may include silicon nitride, silicon oxide, or the like as a transparent material.

이러한 엑스선 감지 센서(100)에는 센서(100)에서 전송되는 신호를 이용하여 전압 신호를 출력하는 독출회로(read-out circuit; 도시되지 않음)가 연결될 수 있다. A read-out circuit (not shown) for outputting a voltage signal using a signal transmitted from the sensor 100 may be connected to the X-ray detection sensor 100.

따라서, 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 감광층(20)에 입사된 가시광선 또는 적외선은 감광층(20)에서 전자-정공 쌍을 형성하며, 이러한 전자-정공 쌍에 의하여 발생하는 전류 신호는 독출회로에 의하여 전압 신호로 출력될 수 있다.Therefore, the visible light or infrared rays incident on the photosensitive layer 20 including the transition metal dicalcogenide form an electron-hole pair in the photosensitive layer 20, and the current signal generated by the electron- And can be output as a voltage signal by the outgoing path.

한편, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 제1전극(30)과 전기적으로 연결되는 스위치 소자(50)가 더 구비될 수 있다.1, a switch element 50 electrically connected to the first electrode 30 may be further provided.

또한, 감광층(20)이 단위 화소를 이루어 스위치 소자(50)와 연결되어 다수로 배열될 수도 있다. 따라서, 엑스선을 이용하여 대상을 감지하여 대상의 화상을 얻을 수 있는 엑스선 이미지 센서로 적용될 수 있다.In addition, the photosensitive layer 20 may be arranged in a plurality of unit pixels connected to the switch element 50. [ Accordingly, the present invention can be applied to an X-ray image sensor capable of sensing an object using an X-ray to obtain an object image.

이러한 스위치 소자(50)는 감광층(20)과 동일 기판(10) 상에 구비될 수 있고, 각 감광층(20)마다 하나의 스위칭 소자(50)가 구비될 수 있다.The switching element 50 may be provided on the same substrate 10 as the photosensitive layer 20 and one switching element 50 may be provided for each photosensitive layer 20.

이때, 스위치 소자(50)는 하부 전극(52) 상에 유전체층(54), 반도체층(51) 및 상부 전극(53)이 차례로 위치할 수 있다.At this time, the switch element 50 may be sequentially disposed on the lower electrode 52, the dielectric layer 54, the semiconductor layer 51, and the upper electrode 53.

상부 전극(53) 중 일부는 제1전극(30)과 연결될 수 있고, 하부 전극(52)과 제1전극(30)은 유전체층(54a)에 의하여 절연될 수 있다.A part of the upper electrode 53 may be connected to the first electrode 30 and the lower electrode 52 and the first electrode 30 may be insulated by the dielectric layer 54a.

도 3은 광 반도체 소자의 다른 예를 나타내는 단면 개략도이다.3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the optical semiconductor device.

도 3은 전이금속 디칼코게나이드(transition metal dichalogenides)를 포함하는 광 반도체 소자의 다른 예로서, 엑스선(X-ray)을 감지할 수 있는 직접 방식의 센서의 예를 나타내고 있다.FIG. 3 shows another example of a photosemiconductor device including transition metal dichalogenides, which is an example of a direct-type sensor capable of sensing an X-ray.

도 3에서 도시하는 바와 같이, 엑스선 감지 센서(100)는, 기판(10) 상에 스위치 소자(50)가 배열되어 구비되고, 이 스위치 소자(50)와 전기적으로 연결되며 단위 영역을 구분할 수 있는 제1전극(31)이 구비될 수 있다.3, the X-ray detection sensor 100 includes a switch element 50 arranged on a substrate 10, electrically connected to the switch element 50, The first electrode 31 may be provided.

이때, 기판(10)은 유연한 기판이 이용될 수 있다. 그러나 그 외의 다른 기판 재료가 이용될 수도 있음은 물론이다.At this time, the substrate 10 may be a flexible substrate. However, other substrate materials may be used.

이러한 제1전극(31) 상에는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 감광층(20)이 구비될 수 있다.On the first electrode 31, a photosensitive layer 20 including a transition metal decalcogenide may be provided.

도시하는 바와 같이, 감광층(20)은 스위치 소자(50) 상에 배려되는 다수의 제1전극(31) 상에 공통적으로 구비될 수 있다.As shown in the figure, the photosensitive layer 20 may be provided on a plurality of first electrodes 31 considered on the switch element 50 in common.

이러한 감광층(20)은 한 종류의 전이금속 디칼코게나이드 물질이 단일 원자층 또는 복수의 원자층으로 이루어지는 박막(단일 물질 박막)을 포함할 수 있다.This photosensitive layer 20 may include a thin film (a single material thin film) in which one type of transition metal dicarcogenide material is composed of a single atomic layer or a plurality of atomic layers.

또한, 감광층(20)은 전이금속 디칼코게나이드 물질이 단일 원자층 또는 복수의 원자층으로 이루어지는 두 종류 이상의 박막(복합 물질 박막)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, MoS2 박막과 WSe2 박막이 적층된 구조를 이룰 수 있다.Further, the photosensitive layer 20 may include two or more kinds of thin films (composite material thin films) in which the transition metal decalcogenide material is composed of a single atomic layer or a plurality of atomic layers. For example, a MoS 2 thin film and a WSe 2 thin film can be stacked.

한편, 경우에 따라, 감광층(20)은 이러한 단일 물질 박막 또는 복합 물질 박막이 두 층 이상으로 적층된 구조를 이룰 수도 있다.On the other hand, depending on the case, the photosensitive layer 20 may have such a structure that the single material thin film or the composite material thin film is stacked in two or more layers.

이러한 감광층(20)은, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, ZrS2, ZrSe2, ZrTe2, TcS2, TcSe2, TcTe2, ReS2, ReSe2, ReTe2, PdS2, PdSe2, PtS2, PtSe2 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.The photosensitive layer 20 may be formed of any one of MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 , WSe 2 , TiS 2 , TiSe 2 , TiTe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , HfTe 2 , ZrS 2 , ZrSe 2 , ZrTe 2 , TcS 2 , TcSe 2, TcTe 2, ReS 2 , ReSe 2, ReTe 2, PdS 2, PdSe 2, PtS 2, PtSe can comprise at least one of a second.

한편, 감광층(20)은, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 서로 다른 전도성을 가지는 두 박막(23, 24)을 포함하여 구성될 수 있다.Meanwhile, the photosensitive layer 20 may include two thin films 23 and 24 having different conductivity as shown in FIG.

예를 들어, 감광층(20)은 제1전도성을 가지는 제1전도성 층(23) 및 제2전도성을 가지는 제2전도성 층(24)을 포함할 수 있다.For example, the photosensitive layer 20 may include a first conductive layer 23 having a first conductivity and a second conductive layer 24 having a second conductivity.

이때, 제1전도성 층(23)은 전이금속 디칼코게나이드 물질이 도핑에 의하여 형성된 n-형 전도성 층일 수 있다. 또한, 제2전도성 층(24)은 전이금속 디칼코게나이드 물질이 도핑에 의하여 형성된 p-형 전도성 층일 수 있다. 즉, 제1전도성은 n-형이고 제2전도성은 p-형일 수 있으며, 반대로 제1전도성은 p-형이고 제2전도성은 n-형일 수도 있다.At this time, the first conductive layer 23 may be an n-type conductive layer formed by doping a transition metal decalcogenide material. Also, the second conductive layer 24 may be a p-type conductive layer formed by doping a transition metal dicalcogenide material. That is, the first conductivity may be n-type and the second conductivity may be p-type, while the first conductivity may be p-type and the second conductivity may be n-type.

이와 같이, 감광층(20)은 제1전도성 층(23)과 제2전도성 층(24)이 p-n 접합을 이룰 수 있다. Thus, the first conductive layer 23 and the second conductive layer 24 of the photosensitive layer 20 can form a p-n junction.

이때, 제1전도성 층(23)은 제1면(21)을 가질 수 있고, 제2전도성 층(24)은 제2면(22)을 가질 수 있다.Here, the first conductive layer 23 may have a first surface 21 and the second conductive layer 24 may have a second surface 22.

이러한 감광층(20) 상에는 제2전극(41)이 구비될 수 있다. 이러한 제2전극(41)은 엑스선이 통과할 수 있도록 투명 전극 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제2전극(41)은 투명 전도성 산화물이나 그래핀과 같은 물질을 포함할 수 있다.The second electrode 41 may be provided on the photosensitive layer 20. The second electrode 41 may be made of a transparent electrode material so that the X-ray can pass therethrough. For example, the second electrode 41 may comprise a material such as a transparent conductive oxide or graphene.

위에서 언급한 바와 같이, 스위치 소자(50)는 개별 단위 영역을 정의할 수 있도록 기판(10) 상에 배열되어 위치할 수 있으며, 다수의 박막 트랜지스터(thin film transistor; Q)를 포함할 수 있다. 또한, 이들 박막 트랜지스터(Q)와 연결되는 신호 축적 축전기(signal storage capacitor; C)를 더 포함할 수 있다. 각각의 박막 트랜지스터(Q)들은 게이트 라인(55)으로 공통적으로 연결될 수 있다.As mentioned above, the switch element 50 may be arranged on the substrate 10 so as to define individual unit areas, and may include a plurality of thin film transistors (Q). In addition, a signal storage capacitor C connected to the thin film transistors Q may be further included. Each of the thin film transistors Q may be connected to the gate line 55 in common.

한편, 제1전극(31)과 감광층(20) 사이에는 전자 장벽층(80)이 더 구비될 수 있다.Meanwhile, an electron barrier layer 80 may be further provided between the first electrode 31 and the photosensitive layer 20.

이때, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 제1전극(31) 및 전자 장벽층(80)이 단위 화소를 이루어 스위칭 소자(50) 상에 다수 개로 배열될 수 있다. 즉, 제1전극(31) 및 전자 장벽층(80)이 개별 단위 영역을 정의할 수 있다.At this time, as shown in FIG. 3, the first electrode 31 and the electron barrier layer 80 may be arranged in a plurality of unit pixels on the switching element 50. That is, the first electrode 31 and the electron barrier layer 80 may define individual unit regions.

이상에서 설명한 감광층(20)으로 이용될 수 있는 2차원 전이금속 디칼코게나이드 화합물 박막은 1 내지 2 eV 범위의 밴드갭을 가지는 반도체이다. The two-dimensional transition metal decalcogenide compound thin film which can be used as the photosensitive layer 20 described above is a semiconductor having a band gap in the range of 1 to 2 eV.

이러한 전이금속 디칼코게나이드 박막은 광감도가 높아 같은 양의 엑스선을 조사하였을 때, a-Si 또는 a-Se를 이용한 감광층 대비 선명한 이미지를 얻을 수 있다. This transfer metal decalcogenide thin film has a high photosensitivity, so when the same amount of X-ray is irradiated, a clear image can be obtained compared with the photosensitive layer using a-Si or a-Se.

또한, 더 적은 엑스선을 조사하여도 동일하거나 더 우수한 수준의 이미지를 얻을 수 있어 인체 유해성을 줄일 수 있다. In addition, the same or better quality images can be obtained by examining fewer x-rays, thereby reducing the human hazard.

한편, 2차원 전이금속 디칼코게나이드 박막은 층상 구조를 가지므로 매우 얇게 제작이 가능하여 유연 이미지 센서를 제작할 수 있으며, 이와 같은 유연 이미지 센서 어레이를 활용하여 3차원 실시간 엑스선 이미지를 얻을 수 있다.On the other hand, since the two-dimensional transition metal decalcogenide thin film has a layered structure, it can be manufactured to be very thin, so that a flexible image sensor can be manufactured, and a three-dimensional real-time x-ray image can be obtained by using such a flexible image sensor array.

도 4는 유연 이미지 센서의 예를 나타내는 개략도이고, 도 5는 유연 이미지 센서를 이용하여 3차원 촬영을 하는 예를 나타내는 개략도이다.Fig. 4 is a schematic view showing an example of a flexible image sensor, and Fig. 5 is a schematic view showing an example of three-dimensional photographing using a flexible image sensor.

위에서 설명한 바와 같이, 감광층으로 이용될 수 있는 전이금속 디칼코게나이드는 2차원 층상 물질로 유연하므로, 유연 기판(11) 위에 구현될 경우에 유연 감지 센서(100)를 제작할 수 있다. 따라서, 이를 이용하여, 도 4 및 도 5에서 도시하는 바와 같은 유연(flexible) 엑스선 이미지 검출기(110)를 제작할 수 있다.As described above, since the transition metal decalcogenide that can be used as the photosensitive layer is flexible as a two-dimensional layered material, the flexible sensor 100 can be fabricated when it is implemented on the flexible substrate 11. Accordingly, a flexible X-ray image detector 110 as shown in FIGS. 4 and 5 can be manufactured by using this.

이와 같은 엑스선 이미지 검출기(110)의 감지 센서(100)는 도 1에서 도시하는 바와 같은 간접 방식 및 도 3에서 도시하는 바와 같은 직접 방식이 모두 이용될 수 있다.The detection sensor 100 of the X-ray image detector 110 may be used both as an indirect method as shown in FIG. 1 and as a direct method as shown in FIG.

즉, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 유연 기판(11) 상에 유연 감지 센서(100)를 배열하여 유연 이미지 검출기(110)를 제작할 수 있다.That is, as shown in FIG. 4, the flexible image sensor 110 can be manufactured by arranging the flexible sensor 100 on the flexible substrate 11.

도 5에서 도시하는 바와 같이, 이와 같은 유연 엑스선 이미지 검출기(110)를 촬영하고자 하는 개체(200)를 둘러싸도록 위치시키면 360도 범위에서 개체(200)의 입체 엑스선 이미지를 얻을 수 있다.5, when the flexible X-ray image detector 110 is positioned to surround the object 200 to be imaged, a stereoscopic X-ray image of the object 200 can be obtained in a range of 360 degrees.

이와 같은 촬영을 통하여 실시간으로 다각도에서 개체(200)의 정보를 얻을 수 있다. Information of the object 200 can be obtained from multiple angles in real time through such shooting.

또한, 개체(200)가 움직일 때 내부 정보를 3차원 이미지로 얻을 수 있어 의료 및 보안 분야에 널리 활용될 수 있다.In addition, since the inside information can be obtained as a three-dimensional image when the object 200 moves, it can be widely used in medical and security fields.

이상과 같이, 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자로서, 엑스선 감지 센서로 적용되는 경우를 예로 설명하였으나, 엑스선 외에도 기타 다른 방사선 또는 가시광선, 적외선 등의 다른 파장 대역의 광을 감지하는 센서로 이용될 수도 있다.As described above, the optical semiconductor device including the transition metal dicalcogenide has been described as an example in which the present invention is applied to an X-ray detection sensor. However, in addition to an X-ray sensor, a sensor for sensing light in other wavelength bands such as visible light, . ≪ / RTI >

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

10, 11: 기판 20: 감광층
23: 제1전도성 층 24: 제2전도성 층
30, 31: 제1전극 40, 41: 제2전극
50: 스위치 소자 60: 신틸레이터
70: 유전체층 80: 전자 장벽층
100: 엑스선 감지 센서 110: 이미지 검출기
200: 개체10, 11: substrate 20: photosensitive layer
23: first conductive layer 24: second conductive layer
30, 31: first electrode 40, 41: second electrode
50: Switch element 60: Scintillator
70: dielectric layer 80: electron barrier layer
100: X-ray detection sensor 110: Image detector
200: Object

Claims (12)

전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자에 있어서,
엑스선을 가시광선 또는 적외선으로 변환하는 신틸레이터;
기판;
상기 기판과 신틸레이터 사이에 위치하여, 상기 신틸레이터로부터 방출되는 가시광선 또는 적외선을 감지하며, 제1면 및 제2면을 가지는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 감광층;
상기 감광층의 제1면 상에 위치하여 전기적으로 연결되는 제1전극;
상기 감광층의 제2면 상에 위치하여 전기적으로 연결되는 제2전극; 및
상기 제1전극과 전기적으로 연결되는 스위치 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자.In a photosemiconductor element comprising a transition metal dicalcogenide,
A scintillator for converting x-rays to visible light or infrared light;
Board;
A photosensitive layer disposed between the substrate and the scintillator, the photosensitive layer including a transition metal dicalconeide having a first surface and a second surface, the photosensitive layer sensing visible light or infrared rays emitted from the scintillator;
A first electrode located on the first surface of the photosensitive layer and electrically connected thereto;
A second electrode located on the second surface of the photosensitive layer and electrically connected thereto; And
And a switch element electrically connected to the first electrode. The optical semiconductor device according to claim 1, 제1항에 있어서, 상기 감광층은,
상기 제1면을 가지는 제1전도성 층; 및
상기 제2면을 가지는 제2전도성 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자.The light-emitting device according to claim 1,
A first conductive layer having the first side; And
And a second conductive layer having the second surface. ≪ Desc / Clms Page number 19 > 제1항에 있어서, 상기 감광층은, 서로 다른 적어도 두 종류의 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자.The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the photosensitive layer comprises at least two kinds of transition metal dicalcogenides, which are different from each other. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 신틸레이터와 감광층 사이에는 유전체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자.The optical semiconductor device according to claim 1, further comprising a dielectric layer between the scintillator and the photosensitive layer. 제1항에 있어서, 상기 신틸레이터는 NaI, ZnS, CsI, LiI, GOS(Gd2O2S:Pr) 및 안트라신 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자.The method of claim 1, wherein the scintillator comprises at least one of NaI, ZnS, CsI, LiI, GOS (Gd 2 O 2 S: Pr) Optical semiconductor device. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 감광층이 단위 화소를 이루어 상기 스위치 소자와 전기적으로 연결되어 다수로 배열되는 것을 특징으로 하는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자.The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the photosensitive layer is a unit pixel and is electrically connected to the switch element and arranged in a plurality of units. 제1항에 있어서, 상기 기판은 유연 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자.The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate comprises a flexible substrate. 제1항에 있어서, 상기 감광층은, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, ZrS2, ZrSe2, ZrTe2, TcS2, TcSe2, TcTe2, ReS2, ReSe2, ReTe2, PdS2, PdSe2, PtS2, PtSe2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자.According to claim 1, wherein said photosensitive layer, MoS 2, MoSe 2, WS 2, WSe 2, TiS 2, TiSe 2, TiTe 2, HfS 2, HfSe 2, HfTe 2, ZrS 2, ZrSe 2, ZrTe 2, Wherein the optical semiconductor comprises at least one of TcS 2 , TcSe 2 , TcTe 2 , ReS 2 , ReSe 2 , ReTe 2 , PdS 2 , PdSe 2 , PtS 2 and PtSe 2 . device. 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자에 있어서,
기판;
상기 기판 상에 위치하는 스위칭 소자;
상기 기판 상에 위치하고, 서로 다른 전도성을 가지는 제1전도성 및 제2전도성 층을 이루는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 감광층;
상기 감광층의 제1전도성 층과 전기적으로 연결되고, 상기 스위칭 소자 상에 위치하는 제1전극;
상기 감광층의 제2전도성 층과 전기적으로 연결되는 제2전극; 및
상기 감광층과 제1전극 사이에 위치하며, 상기 제1전극과 함께 개별 구획된 단위 화소를 이루어 상기 스위칭 소자 상에 다수 개로 배열되는 전자 장벽층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자.In a photosemiconductor element comprising a transition metal dicalcogenide,
Board;
A switching element located on the substrate;
A photosensitive layer disposed on the substrate and including a transition metal dicalcogenide, the first conductive layer and the second conductive layer having different conductivity;
A first electrode electrically connected to the first conductive layer of the photosensitive layer and positioned on the switching element;
A second electrode electrically connected to the second conductive layer of the photosensitive layer; And
And an electron barrier layer disposed between the photosensitive layer and the first electrode and arranged in a plurality of unit pixels on the switching element, the unit barrier layer being separately partitioned with the first electrode. A semiconductor device comprising a nitride semiconductor. 제11항에 있어서, 상기 감광층은, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, ZrS2, ZrSe2, ZrTe2, TcS2, TcSe2, TcTe2, ReS2, ReSe2, ReTe2, PdS2, PdSe2, PtS2, PtSe2 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 광 반도체 소자.The method of claim 11, wherein said photosensitive layer, MoS 2, MoSe 2, WS 2, WSe 2, TiS 2, TiSe 2, TiTe 2, HfS 2, HfSe 2, HfTe 2, ZrS 2, ZrSe 2, ZrTe 2, Wherein the optical semiconductor comprises at least one of TcS 2 , TcSe 2 , TcTe 2 , ReS 2 , ReSe 2 , ReTe 2 , PdS 2 , PdSe 2 , PtS 2 and PtSe 2 . device.
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