KR101978563B1 - 이산화티타늄을 가지는 단일층 필름의 제조방법 및 이를 이용하는 광 검출기 - Google Patents
이산화티타늄을 가지는 단일층 필름의 제조방법 및 이를 이용하는 광 검출기 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101978563B1 KR101978563B1 KR1020170098418A KR20170098418A KR101978563B1 KR 101978563 B1 KR101978563 B1 KR 101978563B1 KR 1020170098418 A KR1020170098418 A KR 1020170098418A KR 20170098418 A KR20170098418 A KR 20170098418A KR 101978563 B1 KR101978563 B1 KR 101978563B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- titanium dioxide
- layer
- film
- photodetector
- monolayer
- Prior art date
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 226
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 19
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims abstract description 109
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 57
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 77
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 34
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 claims description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 8
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 9
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 6
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYJAVFDOALZIRF-UHFFFAOYSA-N 2-methylprop-2-enoic acid;2-(2-methylprop-2-enoyloxy)ethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(O)=O.CC(=C)C(=O)OCCOC(=O)C(C)=C OYJAVFDOALZIRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical group [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- STVZJERGLQHEKB-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol dimethacrylate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCOC(=O)C(C)=C STVZJERGLQHEKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005287 template synthesis Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/18—Manufacture of films or sheets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
- C08K7/22—Expanded, porous or hollow particles
- C08K7/24—Expanded, porous or hollow particles inorganic
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
- H01L31/02168—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2237—Oxides; Hydroxides of metals of titanium
- C08K2003/2241—Titanium dioxide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
중공 구조의 이산화티타늄 단일층으로 구성된 이산화티타늄 필름 및 이를 이용하는 광 검출기가 개시된다. 중공 구조를 형성하기 위해 탬플릿 형태의 고분자 구체가 이용되고, 단일층의 형성을 위해 상부 필름으로부터 외력이 인가된다. 제조된 필름 또는 제조방법은 광 검출기의 제작에 이용된다.
Description
본 발명은 이산화티타늄을 이용한 단일층 필름 및 이를 적용한 광 검출기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 템플레이트 합성법을 이용하여 제작된 중공 구조의 이산화티타늄 단일층 필름의 제조방법 및 제조된 단일층 필름이 기판 상에 전사되어 형성된 광 검출기에 관한 것이다.
이산화티타늄은 전이금속인 티타늄 원자에 2개의 산소 원자가 결합된 분자이며, 백색의 파우더 형태를 가진다. 밴드갭 및 결정 구조에 따라 이산화티타늄은 3개의 구별되는 구조를 가지며, anatase, rutile 및 brookite로 구분된다.
이산화티타늄은 산업계에서 태양전지 셀 코팅 및 반도체 물질, 백색 안료 및 광촉매 등의 용도를 가진다. 태양전지에서 사용되는 이유는 비교적 큰 밴드갭을 가지고 있으므로 빛에 대해 안정된 내부식성을 가지기 때문이다. 또한, 안정된 화학구조와 빛의 흡수 및 다른 물질을 산화시키는 뛰어난 능력으로 인해 광촉매로 활발히 사용되고 있다.
이와 같이 다양한 용도를 가지는 이산화티타늄은 필름의 형태로 제조하여 대면적을 구현하는 기술이 개시된 상태이다. 이산화티타늄이 함유된 대면적 필름을 제조하는 기술로는 용액 기반 합성법이 있다. 이는 금속알콕사이드 용액을 분무한 다음, 로(furnace) 내에서 캐리어 가스를 공급하여 입자상을 형성하고, 소정의 필름 상을 형성하는 기술이다. 다만, 제조된 아산화티타늄은 낮은 광활성도를 보이는 것으로 알려져 있다. 또한, 로 내에서 열처리 공정이 수행될 때, 필름 내에서 균열이 발생한다.
이외에 이산화티타늄 필름을 제조하는 다른 방법으로 졸-겔 법이 있다. 졸-겔 법은 금속 알콕사이드의 가수분해와 축중합 반응에 의하여 금속 산화물을 제조하는 방법이다. 졸-겔 법은 형성된 겔의 소성을 통해 금속 산화물을 제조할 수 있으며, 저온에서 세라믹 입자를 제조할 수 있는 잇점을 가진다. 다만, 가수분해에 의해 생성된 수화물이 서로 엉키고 침전되는 바, 이를 분산하여 졸을 제조하여야 한다. 분산제로는 강산이 많이 사용되며, 산의 첨가량의 조절에 따라 졸의 품질이 좌우되는 특징이 있다. 즉, 산의 첨가량이 적으면 졸의 점도가 낮게 되고, 산의 첨가량이 많으면 입자들의 응집이 발생되어 졸의 점도가 증가한다. 졸-겔 법은 다른 공법에 비해 복잡한 공정을 가지며, 투입되는 화합물에 따라 품질의 변화가 큰 단점을 가진다.
따라서, 이산화티타늄의 대면적 필름을 균일한 밀도와 두께를 가지도록 제조하고 이를 전자소자에 적용하는 기술은 여전히 요청된다 할 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 제1 기술적 과제는 중공 구조의 이산화티타늄 입자의 단일층을 가지는 이산화티타늄 필름을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 제1 기술적 과제를 달성에 의해 제공되는 이산화티타늄 필름을 이용한 광 검출기를 제공하는데 있다.
상술한 제1 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 중공 구조의 이산화티타늄 구체를 제조하는 단계; 상기 이산화티타늄 구체의 단일층을 형성하는 단계; 및 상기 이산화티타늄 구체의 단일층에 고분자 기재를 도입하여 이산화티타늄 필름을 형성하는 단계를 포함하는 이산화티타늄 필름의 제조방법을 제공한다.
상기 제2 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성된 p형 반도체층; 상기 p형 반도체층 상에 형성된 그래핀층; 및 상기 그래핀층 상에 형성되고, n형의 도전형 및 중공 구조를 가지며, 단일층으로 형성된 이산화티타늄 단일층을 포함하는 광 검출기를 제공한다.
상술한 본 발명에 따르면, 가요성 및 높은 가공성을 가지는 단일층의 이산화티타늄 중공 구체가 적용된 필름을 형성할 수 있다. 단일층의 이산화티타늄 필름은 광 검출기의 제작에 용이하게 적용될 수 있으며, 제작 과정에서 높은 수율을 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 형성된 광 검출기는 자외선 영역의 광을 검출할 수 있다. 이산화티타늄 중공 구체는 단일층으로 형성되며, 단일층의 구조는 n형의 이산화티타늄 중공 주체에서 형성되는 전자가 음극으로 원활하게 전달되도록 한다. 이를 통해 높은 광 검출 성능을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 이산화티나늄이 함유된 필름을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 이산화티타늄 필름의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 1의 이산화티타늄이 함유된 필름을 이용한 광 검출기를 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 3의 광검출기의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 제조예에 따라 제작된 광 검출기의 광반응도를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 이산화티타늄 필름의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 1의 이산화티타늄이 함유된 필름을 이용한 광 검출기를 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 3의 광검출기의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 제조예에 따라 제작된 광 검출기의 광반응도를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 이산화티나늄이 함유된 필름을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 이산화티타늄 필름(100)은 이산화티타늄 구체(110) 및 고분자 기재(120)를 가진다.
이산화티타늄 구체(110)는 내부가 비어있는 중공 구조를 가진다. 또한 상기 이산화티타늄 구체(110)는 아나타제 타입의 결정형태를 가짐이 바람직하다. 중공 구조를 가지는 이산화티타늄 구체(110)는 높은 비표면적과 광활성도를 가진다. 상기 이산화티타늄 구체(110)를 형성하기 위해 별도의 템플릿이 사용된다. 사용되는 템플릿은 고분자 재질을 가지며 구체의 형상을 가진다. 또한, 열처리를 통해 이산화티타늄 구체(110)가 형성된 후, 별도의 다른 열처리 공정을 이용하여 내부가 비어 있는 중공 구조를 가지는 이산화티타늄 구체(110)로 결정화될 수 있다.
상기 이산화티타늄 구체(110)는 단일층의 형상을 가진다. 즉, 이산화티타늄 구체(110) 상에 다른 이산화티타늄 구체가 적층되지 않고, 치밀하게 단일층으로 배치되는 이산화티타늄 구체(110)가 형성된다.
이산화티타늄 구체(110)는 고분자 기재(120) 내에 단일층으로 형성된다. 상기 고분자 기재(120)는 필름상을 제공하는 것으로 필름이 가요성을 확보하는데 사용된다. 사용되는 고분자 기재(120)는 폴리비닐알콜임이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 이산화티타늄의 필름의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 중공 구조의 이산화티타늄 구체를 제조한다(S100).
중공 구조를 형성하기 위해 고분자 구체가 사용된다. 상기 고분자 구체는 Poly(methacrylic acid-ethylene glycol dimethacrylate)(MAA-EGDMA)임이 바람직하다. 또한, 고분자 구체와 전구체가 혼합되고 교반된다. 상기 고분자 구체의 직경은 전구체 입자에 포함된 이산화티타늄 입자의 직경보다 더 클 것이 요구된다. 사용되는 전구체는 티타늄 이소프로폭사이드이다. 혼합 및 교반에 의해 고분자 구체를 코어로 하고, 코어의 외곽은 이산화티타늄 전구체가 감싸는 형상이 제조된다. 이를 통해 코어-쉘 구조가 형성된다. 즉, 고분자 구체는 코어를 형성하고, 이산화티타늄 전구체는 쉘을 형성한다.
이어서, 중공 구조의 이산화티타늄 구체를 형성한다. 중공 구조의 형성을 위해 고분자 구체를 포함하는 코어-쉘에 대해 열처리가 수행된다. 열처리를 통해 고분자 구체는 산소와 반응하여 제거된다. 예컨대 고분자 구체가 Poly(MAA/EGDMA)인 경우, 약 250℃에서 3시간 가량 열처리를 수행하여 고분자 구체를 제거한다. 또한, 열처리를 통해 이산화티타튬 전구체는 아나타제 타입의 이산화티타늄으로 형성된다.
이어서, 이산화티타늄 단일층이 형성된다.(S110)
단일층의 형성을 위해 합성된 중공 구조의 이산화티타늄 구체들은 두 개의 필름들 사이에 도포된다. 즉, 하부 필름 상에 이산화티타늄 구체들은 배치되고, 이산화티타늄 구체들 상부에 상부 필름이 배치된다. 상기 하부 필름 및 상부 필름은 폴리디메틸실록산(PDMS) 필름일 수 있다. 이산화티타늄 구체들 사이에는 상호간에 반데르발스 힘 등의 다양한 요인으로 인해 인력이 작용한다. 이는 이산화티타늄 구체들의 유동성을 저해한다. 따라서, 하부 필름 상에 배치 또는 분산된 이산화티타늄 구체들은 단일층으로 형성되지 않고, 무질서한 형태의 다층 구조를 가진다.
하부 필름과 상부 필름 사이에 무질서한 형태의 다층 구조로 배치된 이산화티타늄 구체들에 외력이 인가된다. 상기 외력은 2개의 상하부 필름들을 통해 전달된다. 예컨대, 하부 필름이 고정된 상태에서 상부 필름을 일정한 방향으로 문지르면, 다층 구조의 이산화티타늄 구체들은 단일층으로 형성된다.
이어서, 이산화티타늄 필름이 형성된다(S130).
이산화티타늄이 포함된 필름의 형성을 위해 상부 필름을 제거하고, 하부 필름 상에 고분자 기재 용액을 투입한다. 고분자 기재 용액은 폴리비닐알코올(PVA) 수용액임이 바람직하다. 고분자 기재 용액은 단일층의 이산화티타늄 구체 사이를 매립하며 형성되고, 통상의 건조 공정을 통해 필름상으로 형성되고, 형성된 필름상은 가요성을 구현한다. 이를 통해 폴리비닐알코올의 고분자 기재 내에 단일층으로 형성된 이산화티타늄 중공 구체를 얻을 수 있다.
형성된 이산화티타늄 중공 구체의 단일층 필름은 하부 필름으로부터 박리된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 1의 이산화티타늄이 함유된 필름을 이용한 광 검출기를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 기판(200) 상에 p형 반도체층(210), 그래핀층(220) 및 이산화티타늄 단일층(230)이 형성된다.
상기 기판(200)은 p형 반도체층(210)의 성장이 가능한 결정구조를 가질 것이 요구되며, 사파이어, ZnO, AlN, SiC, 실리콘 또는 GaN일 수 있다.
또한, 상기 기판(200) 상에는 p형 반도체층(210)이 형성되는 바, 상기 p형 반도체층(210)은 GaN으로 형성될 수 있다. 이를 위해 MOCVD 공정이 이용될 수 있다. p형 반도체층(210)이 GaN으로 구성된 경우, 도판트는 Mg임이 바람직하다. 또한, 상기 p형 반도체층(210)은 기판(200)의 결정구조를 따라 에피텍셜 성장법을 이용하여 형성된다. 이를 통해 단결정의 p형 반도체층(210)이 형성된다.
상기 p형 반도체층(210) 상에는 그래핀층(220)이 형성될 수 있다. 상기 그래핀층(220)은 p형 반도체층(210)이 가지는 높은 일함수에 의한 쇼트키 접합에 따른 부작용을 저감시킨다. 즉, 상부에 형성되는 이산화티타늄 단일층(230)은 본 실시예의 제작법을 이용할 경우, n형으로 도핑된 상태로 제공된다. 따라서, p형 반도체(210)와 이산화티타늄 단일층(230)이 직접 접합될 경우, p형 반도체(210)와 이산화티타늄 단일층(230)의 계면에서 발생되는 전자-정공 쌍은 형성된 쇼트키 접합에 의해 p형 반도체층(210) 또는 이산화티타늄 단일층(230)으로 충분히 전달되지 못한다.
그래핀층(220)이 상기 p형 반도체층(210) 및 이산화티타늄 단일층(230) 사이에 형성되는 경우, 오믹 컨택이 형성되고, 이를 통해 전자는 음극으로 이동하고 정공은 양극으로 이동할 수 있다.
상기 그래핀층(220) 상에는 이산화티타늄 단일층(230)이 형성된다. 상기 이산화티타늄 단일층(230)은 내부가 빈 공간인 중공 구조를 가지며, 아나타제의 결정 구조를 가짐이 바람직하다. 또한, 중공 주조의 이산화티타늄 구체 또는 입자는 상기 도 1의 제조과정에서 질소 등의 자연스런 유입으로 n형의 도전형을 가진다.
또한, 상기 이산화티타늄 단일층(230) 상에는 투광성 재질의 음극(250)이 형성되고, p형 반도체층(210) 상에는 양극(240)이 형성된다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 3의 광 검출기의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 기판(200) 상에 p형 반도체층(210)이 형성되고, p형 반도체층(210) 상에는 그래핀층(220)이 형성된다.
상기 기판(200)은 p형 반도체층(210)의 에피텍셜 성장이 가능한 결정 구조를 가질 것이 요구된다. 또한, 상기 p형 반도체층(210)은 Mg을 도판트로 이용하는 GaN임이 바람직하다. 예컨대, 상기 기판(200)으로는 사파이어가 이용되고, p형 반도체층(210)으로는 p-GaN이 이용될 수 있다.
또한, 상기 p형 반도체층(210) 상에는 그래핀층(220)이 형성된다. 그래핀층(220)은 통상의 증착법에 의해 형성되거나, 전사 기법을 통해 p형 반도체층(220) 상에 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 그래핀층(220) 상에 고분자 기재층(231), 이산화티타늄 단일층(230) 및 PDMS층(232)이 형성된다.
고분자 기재층(231)은 폴리비닐알콜 수용액의 스핀코팅에 의해 형성된다. 또한, 이산화티타늄 단일층(230)은 고분자 기재층(231) 상에 형성되고, PDMS층(232) 상에 인가되는 일정 방향의 힘에 의해 형성된다. 즉, 고분자 기재층(231) 상에 이산화티타늄 입자들이 형성되면, 이산화티타늄 입자들이 가지는 인력 등의 다양한 원인으로 인해 입자들 사이의 응집이 발생된다. PDMS층(232)을 통해 적절한 힘이 가해지면 응집된 이산화티타늄 입자들은 고르게 퍼지고, 단일층으로 형성된다. 또한, PDMS층(232)을 통해 인가된 힘에 의해 이산화티타늄 입자들은 고분자 기재층(231) 내부로 유입될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 그래핀층(220) 상에 이산화티타늄 단일층(230) 만이 형성되고, 도 5에 개시된 고분자 기재층 및 PDMS층은 제거된다.
먼저, 이산화 티타늄 입자들에 일정한 힘을 가하여 단일층으로 형성되고, 하부의 고분자 기재층에서 용매가 충분히 증발 또는 제거되면 PDMS층은 이산화티타늄 단일층(230)으로부터 이탈된다. PDMS층의 이탈 후에 어닐링 공정이 수행된다. 어닐링 공정은 고분자 기재층을 제거하기 위한 것으로 산화를 통한 연소에 의해 고분자 기재층은 제거된다. 따라서, 어닐링에 필요한 온도는 고분자 기재층을 연소시킬 수 있으며, 이산화티타늄 단일층(230)에서 입자들의 용융 또는 부분 용융이 발생하지 않는 온도임이 바람직하다. 상기 어닐링 온도는 400℃ 내지 600℃ 임이 바람직하다. 만일, 어닐링 온도가 400℃ 미만이면, 고분자 기재층이 충분히 연소되지 못하며, 600℃를 상회하면, 고분자 기재층의 연소 및 제거는 충분히 수행되나, 이산화티타늄 단일층(230)에서 이산화티타늄 입자들끼리의 과도한 융착으로 인해 특성의 저하가 발생된다.
이외에 상기 도 5 및 도 6에 개시된 내용은 다른 공정으로 대체될 수 있다. 즉, 상기 도 4에서 그래핀층 상에 도 1의 이산화티타늄 필름이 부착된다. 이어서 이산화티타늄 필름에서 상기 도 6의 과정에서 도입된 어닐링 공정이 수행되면, 이산화티타늄 필름에 포함된 고분자 기재는 산화되고, 이산화티타늄 단일층(230)이 그래핀층 상에 형성된다.
도 7을 참조하면, 이산화티타늄 단일층(230) 상에 음극(250)이 형성되고, p형 반도체층(210) 상에 양극(240)이 형성된다.
먼저, 상기 도 6의 구조에서 그래핀층(220) 및 이산화티타늄 단일층(230)에 대한 에칭을 통해 하부의 p형 반도체층(210)을 노출시킨다. 에칭을 위해 이산화티타늄 단일층(230) 상에 포토레지스트를 도포하고, 통상의 리소그래피 공정을 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용한 식각 공정을 수행하여 이산화티타늄 단일층(230)의 일부 및 그 하부의 그래핀층(220)의 일부를 제거하고, p형 반도체층(210)의 일부를 노출시킨다.
계속해서 p형 반도체층(210) 상에는 양극(240)을 형성하고, 이산화티타늄 단일층(230) 상에는 음극(250)을 형성한다. p형 반도체층(210) 상에 형성되는 양극(240)으로는 Ni/Au, Cr/Au, Pd/Au 또는 Pt/Ni/Au가 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 또한, 음극(250)으로는 투광성 재료가 사용됨이 바람직하다. 예컨대, 상기 음극(250)으로 ITO가 사용될 수 있으며, 나노 와이어가 분산된 형태로 제공될 수 있다. 특히, 음극(250)으로 ITO가 사용되는 경우, 외부 배선과의 전기적 연결을 위해 Ti/Al, Ti, Ti/Au, Ti/Al/Ni/Au 또는 Pd/Al로 구성된 별도의 패드가 ITO 상에 형성될 수도 있다.
실험예
상기 도 3에 개시된 광 검출기를 제작한다. 기판으로는 사파이어가 사용되고 두께는 300um이다. 또한, 기판 상에는 p-GaN이 p형 반도체로 사용되며, 두께는 1.5um이고, 도판트로는 Mg가 사용된다. p-GaN 상부에는 그래핀이 형성되고, 그래핀 상부에는 이산화티타늄 중공 구체가 사용된다. 중공 구체의 사이즈는 30이다. 또한, 230um 내지 260um이다. 또한, 양극으로는 인듐이 사용되고 음극으로는 600nm의 두께를 가진 ITO가 사용된다.
도 8은 본 발명의 제조예에 따라 제작된 광 검출기의 광반응도를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 본 제조예에 따라 제작된 광 검출기의 양극과 음극에 0V 내지 15V의 전압을 인가하고, 양극과 음극을 통해 흐르는 전류가 측정된다.
광이 조사되지 않은 경우, 15V의 전압차에 대해 약 450uA의 전류가 흐른다. 또한, 254 nm의 파장의 광이 입사되는 경우, 약 700 uA의 전류가 흐르며, 365 nm 파장의 광이 입사되면, 약 1 mA의 전류가 흐름을 알 수 있다. 이를 통해 중공 구조의 이산화티타늄 구체가 적용된 광 검출기는 입사되는 광에 대해 전류를 형성하고, 이를 통해 광 검출 기능을 수행할 수 있음을 알 수 있다.
특히, 본 발명에서는 가요성 및 높은 가공성을 가지는 단일층의 이산화티타늄 중공 구체가 적용된 필름을 형성할 수 있다. 단일층의 이산화티타늄 필름은 광 검출기의 제작에 용이하게 적용될 수 있으며, 제작 과정에서 높은 수율을 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 형성된 광 검출기는 자외선 영역의 광을 검출할 수 있다. 이산화티타늄 중공 구체는 단일층으로 형성되며, 단일층의 구조는 n형의 이산화티타늄 중공 주체에서 형성되는 전자가 음극으로 원활하게 전달되도록 한다. 이를 통해 높은 광 검출 성능을 확보할 수 있다.
100 : 이산화티타늄 필름 200 : 기판
210 : p형 반도체층 220 : 그래핀층
230 : 이산화티타늄 단일층
210 : p형 반도체층 220 : 그래핀층
230 : 이산화티타늄 단일층
Claims (8)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 기판;
상기 기판 상에 형성된 p형 반도체층;
상기 p형 반도체층 상에 형성된 그래핀층; 및
상기 그래핀층 상에 형성되고, n형의 도전형 및 중공 구조를 가지며, 단일층으로 형성된 이산화티타늄 단일층을 포함하는 광 검출기. - 제5항에 있어서, 상기 p형 반도체층은 Mg을 도판트로 이용하는 p-GaN층이며, 상기 기판의 결정구조에 따라 에피텍셜 성장된 것을 특징으로 하는 광 검출기.
- 제5항에 있어서, 상기 이산화티타늄 단일층은 상기 그래핀층 상에 형성된 고분자 기재층에 이산화티타늄 입자들을 형성하고, 외력의 인가에 의해 상기 이산화티타늄 입자들의 단일층을 형성한 후, 어닐링 공정을 통해 상기 고분자 기재층의 연소에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 광 검출기.
- 제5항에 있어서, 상기 이산화티타늄 단일층은 고분자 기재 및 상기 이산화티타늄 단일층으로 구성된 이산화티타늄 필름을 상기 그래핀층 상에 형성한 후, 상기 고분자 기재의 연소에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 광 검출기.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170098418A KR101978563B1 (ko) | 2017-08-03 | 2017-08-03 | 이산화티타늄을 가지는 단일층 필름의 제조방법 및 이를 이용하는 광 검출기 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170098418A KR101978563B1 (ko) | 2017-08-03 | 2017-08-03 | 이산화티타늄을 가지는 단일층 필름의 제조방법 및 이를 이용하는 광 검출기 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190014670A KR20190014670A (ko) | 2019-02-13 |
KR101978563B1 true KR101978563B1 (ko) | 2019-05-14 |
Family
ID=65366384
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170098418A KR101978563B1 (ko) | 2017-08-03 | 2017-08-03 | 이산화티타늄을 가지는 단일층 필름의 제조방법 및 이를 이용하는 광 검출기 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101978563B1 (ko) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101625446B1 (ko) | 2015-05-15 | 2016-05-30 | 서강대학교산학협력단 | 2 차원 TiO₂ 필름 및 이의 제조 방법 |
KR101736623B1 (ko) * | 2015-12-18 | 2017-05-17 | 주식회사 포스코 | 중공구조를 가지는 광촉매 입자, 그 제조방법, 이를 포함하는 코팅 조성물, 상기 코팅 조성물에 의한 강판 및 강판의 코팅방법 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06293519A (ja) * | 1992-07-28 | 1994-10-21 | Ishihara Sangyo Kaisha Ltd | 酸化チタンの粒子と膜の製造方法 |
KR101401233B1 (ko) * | 2011-03-22 | 2014-05-29 | 성균관대학교산학협력단 | 티타니아 나노시트와 그라핀을 이용한 유기 태양전지 |
KR101586471B1 (ko) * | 2014-05-28 | 2016-01-18 | 아주대학교산학협력단 | 입자 부분 노출형 기재 및 그 제조방법 |
-
2017
- 2017-08-03 KR KR1020170098418A patent/KR101978563B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101625446B1 (ko) | 2015-05-15 | 2016-05-30 | 서강대학교산학협력단 | 2 차원 TiO₂ 필름 및 이의 제조 방법 |
KR101736623B1 (ko) * | 2015-12-18 | 2017-05-17 | 주식회사 포스코 | 중공구조를 가지는 광촉매 입자, 그 제조방법, 이를 포함하는 코팅 조성물, 상기 코팅 조성물에 의한 강판 및 강판의 코팅방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20190014670A (ko) | 2019-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hossain et al. | Advances and significances of nanoparticles in semiconductor applications–A review | |
Sheng et al. | Rational design of photoelectrodes with rapid charge transport for photoelectrochemical applications | |
Li et al. | Polystyrene sphere-assisted one-dimensional nanostructure arrays: synthesis and applications | |
Yanhong et al. | A study of quantum confinement properties of photogenerated charges in ZnO nanoparticles by surface photovoltage spectroscopy | |
Li et al. | Efficient fabrication and enhanced photocatalytic activities of 3D-ordered films of titania hollow spheres | |
Lai et al. | Templated electrosynthesis of zinc oxide nanorods | |
Hörantner et al. | Templated microstructural growth of perovskite thin films via colloidal monolayer lithography | |
JP5133871B2 (ja) | コロイドナノ粒子を利用したコロイドフォトニック結晶の製造方法 | |
Xu et al. | Electrochemical preparation of CdSe nanowire arrays | |
Li et al. | Periodic one-dimensional nanostructured arrays based on colloidal templates, applications, and devices | |
Ossai et al. | Nanostructure and nanomaterial characterization, growth mechanisms, and applications | |
Zhang et al. | Controlled synthesis and photonics applications of metal halide perovskite nanowires | |
Gu et al. | Aligned ZnO nanorod arrays grown directly on zinc foils and zinc spheres by a low-temperature oxidization method | |
Zhou et al. | CdSe nanotube arrays on ITO via aligned ZnO nanorods templating | |
Geyer et al. | Sub-20 nm Si/Ge superlattice nanowires by metal-assisted etching | |
Meng et al. | Facet cutting and hydrogenation of In2O3 nanowires for enhanced photoelectrochemical water splitting | |
Orilall et al. | Highly crystalline inverse opal transition metal oxides via a combined assembly of soft and hard chemistries | |
Rouhi et al. | High-performance dye-sensitized solar cells based on morphology-controllable synthesis of ZnO–ZnS heterostructure nanocone photoanodes | |
Masuda et al. | Liquid-phase patterning and microstructure of anatase TiO2 films on SnO2: F substrates using superhydrophilic surface | |
Zhu et al. | Crack-free hematite inverse opal photo-anodes for enhancing photo-electrochemical water splitting | |
US20090291044A1 (en) | ANATASE TYPE TiO2 NANORODS AND ITS PREPARATION METHOD | |
Tarish et al. | Synchronous formation of ZnO/ZnS core/shell nanotube arrays with removal of template for meliorating photoelectronic performance | |
WO2019037448A1 (zh) | 多孔石墨烯薄膜的制备方法、多孔石墨烯薄膜及电子产品 | |
Seong et al. | Roughness of Ti substrates for control of the preferred orientation of TiO2 nanotube arrays as a new orientation factor | |
WO2017200000A1 (ja) | 固体接合型光電変換素子、及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |