KR102064270B1 - High performance ultraviolet sensor based on nanorod with transistor structure and method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노구조체가 자외선 영역의 흡수를 향상시키면서, 트랜지스터 구조를 적용하여 고감도의 자외선 측정이 가능한 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 자외선 측정에 있어 나노 구조체와 트랜지스터 구조를 결합하여 광의 세기가 작을 때에도 감지할 수 있어 전체적인 자외선 센서의 감도를 향상시키는 장점을 제공하게 된다.
또한, 평면형 2단자인 자외선센서 구조에 나노 로드(바람직하게는 산화아연 나노 로드)와 트랜지스터 구조를 적용시킴으로써, 자외선의 흡수 특성을 향상시키면서, 고감도의 측정이 가능한 자외선센서를 제공하게 된다.The present invention relates to a highly sensitive ultraviolet sensing element type ultraviolet sensor of a transistor structure including a nanorod and a method for manufacturing the same. The present invention relates to a high-sensitivity ultraviolet-sensing element type ultraviolet sensor of a transistor structure including such a nanorod and a method of manufacturing the same.
According to the present invention, the combination of the nano-structure and the transistor structure in the UV measurement can be detected even when the light intensity is small to provide the advantage of improving the sensitivity of the overall UV sensor.
In addition, by applying a nanorod (preferably zinc oxide nanorod) and a transistor structure to the planar two-terminal ultraviolet sensor structure, it is possible to provide an ultraviolet sensor capable of high-sensitivity measurement while improving the absorption characteristics of ultraviolet light.
Description
본 발명은 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노구조체가 자외선 영역의 흡수를 향상시키면서, 트랜지스터 구조를 적용하여 고감도의 자외선 측정이 가능한 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-sensitivity UV-sensing element type UV sensor of a transistor structure including a nanorod, and a method of manufacturing the same. More specifically, the nanostructure improves absorption of an ultraviolet region, while applying a transistor structure to measure high-sensitivity UV rays. The present invention relates to a high-sensitivity ultraviolet-sensing element type ultraviolet sensor of a transistor structure including such a nanorod and a method of manufacturing the same.
자외선은 일반적으로 100 ~ 400 nm의 짧은 파장을 가지는 빛을 의미하며, 이 영역은 다시 세부적으로 UV-A(320 ~ 400 nm), UV-B(280 ~ 320 nm), UV-C(100 ~ 280 nm)로 나뉘게 된다. Ultraviolet light generally refers to light having a short wavelength of 100 to 400 nm, and this region is further divided into UV-A (320-400 nm), UV-B (280-320 nm), and UV-C (100-400). 280 nm).
상기 영역 중에서 UV-A와 UV-B의 일부가 대기를 통과해 지상으로 조사되고 UV-C의 경우에는 오존층에서 차단되게 된다.Part of the UV-A and UV-B in the region is irradiated to the ground through the atmosphere and in the case of UV-C is blocked in the ozone layer.
초창기 자외선이 이용되는 응용 분야는 살균을 위한 자외선 기기나 접착제의 경화를 위하여 사용되는 것이 대부분이었다. Most of the early application of ultraviolet rays was for curing UV devices or adhesives for sterilization.
그러나, 최근 기술의 발달로 낮에 발전소 및 송전소 간 전기 고압선에서 생기는 코로나 현상을 탐지하여 고장을 알아내거나, 화재 발견, 자외선 램프의 성능 검사용, 연소분석 및 플라즈마 연구에 사용할 수 있는 자외선 카메라가 개발되어 그 이용 범위가 확대되고 있는 추세이다.However, with recent advances in technology, UV cameras can be used to detect corona phenomena occurring in electrical high-voltage lines between power plants and transmission stations during the day, to detect faults, to detect fires, to test the performance of ultraviolet lamps, to analyze combustion, and to study plasma. It is being developed and its use range is expanding.
이렇게 발전하고 있는 자외선 감지 소자들의 성능을 높이기 위해서는 UV 영역의 흡수를 높여 그 감도를 높이는 것이 무엇보다 중요하다. In order to increase the performance of the UV sensing devices, it is important to increase the sensitivity by increasing the absorption of the UV region.
이를 위하여 수십 nm 크기의 나노 구조를 자외선 센서에 적용하여 부피 대비 표면적 비율을 증가시킴으로써, 기존 박막 형태의 센서 대비 감도를 향상시키는 기술이 필요하게 되었다.To this end, by applying a nano structure of tens of nm size to the ultraviolet sensor to increase the ratio of the surface area to volume, there is a need for a technique for improving the sensitivity compared to the conventional thin film type sensor.
따라서, 본 발명을 고안하게 된 것이며, 본 발명을 통해 제조된 자외선 센서는 제어신호를 입력할 수 있는 게이트 전극을 갖는 트랜지스터 구조로서, 게이트에 전압을 인가함으로써, 센서의 감도를 더욱 높일 수 있는 장점을 발휘하게 된다.Therefore, the present invention has been devised, and the ultraviolet sensor manufactured according to the present invention is a transistor structure having a gate electrode capable of inputting a control signal, and has an advantage of further increasing the sensitivity of the sensor by applying a voltage to the gate. Will be used.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로,Therefore, the present invention is to solve the above conventional problems,
본 발명의 제1 목적은 나노구조체가 자외선 영역의 흡수를 향상시키면서, 트랜지스터 구조를 적용하여 고감도의 자외선 측정이 가능한 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서를 제공하고자 한다.It is a first object of the present invention to provide a highly sensitive ultraviolet sensing element type ultraviolet sensor of a transistor structure including a nanorod in which the nanostructure improves absorption of an ultraviolet region while applying a transistor structure to enable high sensitivity ultraviolet measurement.
본 발명이 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서(100)는,In order to solve the problem, the high-sensitivity ultraviolet-sensing element
기판(120)과,A
상기 기판의 하면에 형성되는 제1 전극(110)과,A
상기 기판의 상면에 형성되는 절연층(130)과,An
상기 절연층의 상면에 자외선을 흡수하는 특성을 지닌 물질로 형성되는 자외선흡수층(140)과,An
상기 자외선흡수층의 상면 어느 일측의 제1 영역(151)에 형성되는 제2 전극(150)과,A
상기 자외선흡수층의 상면 타측의 제2 영역(161)에 형성되는 제3 전극(160)과,A
상기 자외선흡수층의 상면 중 제1 영역과 제2 영역 사이의 제3 영역(171)에 형성되어 있으며, 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 포함하는 나노 로드층(170)을 포함한다.The
한편, 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서(100) 제조 방법은,On the other hand, the method of manufacturing a high-sensitivity ultraviolet-sensing element
기판(120)의 상면에 절연층(130)을 형성하는 절연층형성단계(S100)와,An insulating layer forming step (S100) of forming an
상기 기판(120)의 하면에 제1 전극(110)을 형성하는 제1전극형성단계(S200)와,A first electrode forming step (S200) for forming a
상기 절연층형성단계에 의해 형성된 절연층(130)의 상면에 자외선을 흡수하는 특성을 지닌 물질로 자외선흡수층(140)을 형성하는 자외선흡수층형성단계(S300)와,An ultraviolet absorbing layer forming step (S300) of forming an
상기 형성된 자외선흡수층의 상면 어느 일측의 제1 영역(151)에 금속을 증착하여 제2 전극(150)을, 상기 형성된 자외선흡수층의 상면 타측의 제2 영역(161)에 금속을 증착하여 제3 전극(160)을 형성하는 제2전극및제3전극형성단계(S400)와,The
상기 자외선흡수층의 상면 중 제1 영역과 제2 영역 사이의 제3 영역(171)에 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 포함하는 나노 로드층(170)을 형성하는 나노 로드층형성단계(S500)를 포함하게 된다.Nanorod layer forming step of forming a
본 발명인 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서 및 그 제조방법에 의하면, 나노구조체가 자외선 영역의 흡수를 향상시키면서, 트랜지스터 구조를 적용하여 고감도의 자외선 측정이 가능한 효과를 발휘하게 된다.According to the present invention, a highly sensitive ultraviolet sensing element type ultraviolet sensor having a transistor structure including a nanorod and a method of manufacturing the same have a nanostructure, which can improve the absorption of the ultraviolet region while applying a transistor structure to exhibit the effect of high sensitivity ultraviolet measurement. do.
구체적으로, 자외선 측정에 있어 나노 구조체와 트랜지스터 구조를 결합하여 광의 세기가 작을 때에도 감지할 수 있어 전체적인 자외선 센서의 감도를 향상시키는 장점을 제공하게 된다.Specifically, in the UV measurement, the nano structure and the transistor structure can be combined to sense even when the light intensity is small, thereby providing an advantage of improving the overall sensitivity of the UV sensor.
또한, 평면형 2단자인 자외선센서 구조에 나노 로드(바람직하게는 산화아연 나노 로드)와 트랜지스터 구조를 적용시킴으로써, 자외선의 흡수 특성을 향상시키면서, 고감도의 측정이 가능한 자외선센서를 제공하게 된다.In addition, by applying a nanorod (preferably zinc oxide nanorod) and a transistor structure to the planar two-terminal ultraviolet sensor structure, it is possible to provide an ultraviolet sensor capable of high-sensitivity measurement while improving the absorption characteristics of ultraviolet light.
그리고, 일반적인 센서는 애노드과 캐소드으로 동작되는 구조이지만, 본 발명은 제어 전극을 추가한 트랜지스터의 구조로 낮은 감도의 자외선이 조사되었을 때, 전류의 보상을 통하여 감도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공하게 된다.In addition, although a general sensor has a structure in which an anode and a cathode are operated, the present invention provides an advantage of improving sensitivity through compensation of current when ultraviolet rays having low sensitivity are irradiated with a structure of a transistor in which a control electrode is added. .
따라서, 이를 통해 고감도를 추구하는 자외선을 이용하는 광학장비 시장에서의 활용가능성이 클 것이다.Therefore, it will be highly applicable in the optical equipment market using ultraviolet light in pursuit of high sensitivity through this.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서의 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서의 제조 방법을 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서의 제조 방법 중 나노 로드층형성단계에 의해 형성된 나노 로드층의 SEM 이미지.
도 4는 나노 로드 구조와 박막 구조의 광특성을 측정한 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 ZnO 기반의 트랜지스터에서 빛과 함께 게이트 전압을 인가할 때 더 큰 전기적 특성 변화가 나타남을 측정한 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 ZnO 기반의 트랜지스터에서 빛을 인가하지 않고, 게이트 전압을 인가할 경우에 도 5보다 작은 전기적 특성 변화가 나타남을 측정한 결과를 나타낸 그래프.1 is a cross-sectional view of a high sensitivity ultraviolet sensing element type ultraviolet sensor of a transistor structure including a nanorod according to a first embodiment of the present invention.
2 is a process diagram showing a method of manufacturing a high sensitivity ultraviolet sensing element type ultraviolet sensor of a transistor structure including a nanorod according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an SEM image of a nanorod layer formed by a nanorod layer forming step in a method of manufacturing a highly sensitive ultraviolet sensing element type ultraviolet sensor having a transistor structure including a nanorod according to a first embodiment of the present invention. FIG.
Figure 4 is a graph showing the results of measuring the optical properties of the nanorod structure and thin film structure.
FIG. 5 is a graph showing a result of measuring the change in electrical characteristics when applying a gate voltage with light in a ZnO based transistor. FIG.
FIG. 6 is a graph illustrating a result of measuring changes in electrical characteristics smaller than those of FIG. 5 when a gate voltage is applied without applying light in a ZnO-based transistor. FIG.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. The drawings and description are to be regarded as illustrative in nature and not restrictive. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
또한, 널리 알려진 공지 기술의 경우, 그 구체적인 설명은 생략한다.In addition, in the case of well-known publicly known technology, the detailed description is abbreviate | omitted.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the other part being "right over" but also another part in the middle.
한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. On the other hand, when a part is "just above" another part, there is no other part in the middle.
반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. Conversely, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is "below" another part, this includes not only the other part "below" but also another part in the middle.
한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.On the other hand, when a part is "just below" another part, it means that there is no other part in the middle.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated.
<제1 실시예><First Embodiment>
본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서는,A highly sensitive ultraviolet sensing element type ultraviolet sensor of a transistor structure including a nanorod according to the first embodiment of the present invention,
기판(120)과,A
상기 기판의 하면에 형성되는 제1 전극(110)과,A
상기 기판의 상면에 형성되는 절연층(130)과,An
상기 절연층의 상면에 자외선을 흡수하는 특성을 지닌 물질로 형성되는 자외선흡수층(140)과,An
상기 자외선흡수층의 상면 어느 일측의 제1 영역(151)에 형성되는 제2 전극(150)과,A
상기 자외선흡수층의 상면 타측의 제2 영역(161)에 형성되는 제3 전극(160)과,A
상기 자외선흡수층의 상면 중 제1 영역과 제2 영역 사이의 제3 영역(171)에 형성되어 있으며, 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 포함하는 나노 로드층(170)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The
또한, 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서(100) 제조 방법은,In addition, a method of manufacturing a high-sensitivity ultraviolet-sensing element
기판(120)의 상면에 절연층(130)을 형성하는 절연층형성단계(S100)와,An insulating layer forming step (S100) of forming an insulating
상기 기판(120)의 하면에 제1 전극(110)을 형성하는 제1전극형성단계(S200)와,A first electrode forming step (S200) for forming a
상기 절연층형성단계에 의해 형성된 절연층(130)의 상면에 자외선을 흡수하는 특성을 지닌 물질로 자외선흡수층(140)을 형성하는 자외선흡수층형성단계(S300)와,An ultraviolet absorbing layer forming step (S300) of forming an
상기 형성된 자외선흡수층의 상면 어느 일측의 제1 영역(151)에 금속을 증착하여 제2 전극(150)을, 상기 형성된 자외선흡수층의 상면 타측의 제2 영역(161)에 금속을 증착하여 제3 전극(160)을 형성하는 제2전극및제3전극형성단계(S400)와,The
상기 자외선흡수층의 상면 중 제1 영역과 제2 영역 사이의 제3 영역(171)에 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 포함하는 나노 로드층(170)을 형성하는 나노 로드층형성단계(S500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Nanorod layer forming step of forming a
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of a high-sensitivity ultraviolet-sensing element type ultraviolet sensor and a method of manufacturing the transistor structure including a nanorod of the present invention.
일반적인 센서는 애노드과 캐소드으로 동작되는 구조이지만, 본 발명에서 제안하는 구조는 제어 전극을 추가한 트랜지스터의 구조로 낮은 감도의 자외선이 조사되었을 때, 전류의 보상을 통하여 감도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공하게 된다.A general sensor is an anode and a cathode operated structure, but the structure proposed in the present invention is a structure of a transistor with a control electrode added to provide an advantage of improving the sensitivity through the compensation of the current, when ultraviolet light of low sensitivity is irradiated Done.
따라서, 이를 통해 고감도를 추구하는 자외선을 이용하는 광학장비 시장에서의 활용가능성이 클 것이다.Therefore, it will be highly applicable in the optical equipment market using ultraviolet light in pursuit of high sensitivity through this.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a high sensitivity ultraviolet sensing element type ultraviolet sensor of a transistor structure including a nanorod according to a first embodiment of the present invention.
도 1과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서(100)는, 제1 전극(110), 기판(120), 절연층(130), 자외선흡수층(140), 제2 전극(150), 제3 전극(160), 나노 로드층(170)을 포함하게 된다.As shown in FIG. 1, the high-sensitivity ultraviolet-sensing element
구체적으로 설명하면, 상기 기판(120)을 기준으로 기판의 하면에 제1 전극(110)을 형성하고 있으며, 상기 기판의 상면에 절연층(130)을 형성하고 있다.Specifically, the
이때, 상기 제1 전극(110)은 게이트 신호를 전달하는 게이트 배선과 연결되는 게이트 전극(VG)이다.In this case, the
그리고, 제1 전극(110)은 알루미늄(Al) 계열의 금속, 은(Ag) 계열의 금속, 구리(Cu) 계열의 금속, 몰리브덴(Mo) 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 금속군 중 선택된 적어도 어느 하나의 금속으로 제조되게 된다.The
그리고, 상기 기판(120)은 제1 전극(110)의 상면에 위치하고 있으며, 바람직하게는 n형 실리콘 기판으로서, 약 600 ~ 700 ㎛ 두께로 형성되게 된다.In addition, the
그리고, 상기 절연층(130)은 기판의 상면에 형성되어 있으며, 이를 통해 제1 전극(110)으로 전류가 이동하는 것을 방지하는 기능을 수행하게 된다.In addition, the insulating
이때, 상기 절연층(130)은 열 산화법(thermal oxidation), 증착법(deposition) 또는 스핀 코팅법(spin coating) 중 적어도 어느 하나의 제조법을 이용하여 기판(120) 상면에 형성하게 되며, 바람직하게는 이산화규소(SiO2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the insulating
또한, 상기 자외선흡수층(140)은 상기 절연층의 상면에 형성하게 되는 것을 특징으로 하며, 자외선을 흡수하는 특성을 지닌 물질로 형성하게 된다.In addition, the
바람직하게, 상기 자외선흡수층(140)은 산화아연으로 형성된 산화아연층인 것을 특징으로 하는데, 이때 상기 산화아연층(140)은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD), 스퍼터 증착법(Sputter Deposition, SD), 졸-겔(Sol-Gel)법 중 적어도 어느 하나의 제조법을 이용하여 절연층(130)의 상면에 형성하게 되는 것이다.Preferably, the
그리고, 제2 전극(150)을, 상기 자외선흡수층(140)의 상면 어느 일측의 제1 영역(151)에 형성하게 되며, 제3 전극(160)을, 상기 자외선흡수층(140)의 상면 타측의 제2 영역(161)에 형성하게 되는 것이다.The
구체적으로, 제2 전극(150)은 자외선흡수층(140) 상면의 제1 영역에 접촉되어 위치하며, 제3 전극(160)은 자외선흡수층(140) 상면의 제2 영역에 접촉되어 위치하고, 제2 전극(150) 및 제3 전극(160)은 약 100 nm 두께로 형성하는 것이 바람직하다.In detail, the
또한, 상기 제1 영역과 제2 영역은 약 10 ㎛ 만큼 이격되어 있으며, 이격된 위치에 후술할 나노 로드층(170)이 형성되게 된다.In addition, the first region and the second region are spaced apart by about 10 μm, and the
그리고, 상기 제2 전극(150) 및 제3 전극(160)은 알루미늄(Al) 계열의 금속, 은(Ag) 계열의 금속, 구리(Cu) 계열의 금속, 몰리브덴(Mo) 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 금속군 중 선택된 적어도 어느 하나의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the
상기와 같이 형성하게 되면, 제2 전극(150)은 소스 전극(VS) 역할을 수행하며, 제3 전극(160)은 드레인 전극(VD) 역할을 수행하게 된다.When formed as described above, the
결국, 상기 자외선흡수층(140)은 소스 전극(제2 전극)과 드레인 전극(제3 전극)을 연결하는 채널층으로 사용되는 것이다.As a result, the
한편, 상기 자외선흡수층(140)이 산화아연으로 형성된 산화아연층일 경우에 상기 상기 자외선흡수층(140)에는 도 1에 도시된 바와 같이 자외선흡수층(140)상에서 일정 깊이로 형성되는 산화아연 시드층(145, seed layer)을 포함하며, 상기 산화아연 시드층을 통해 상기 제2 전극(150)에서 상기 제3 전극(160)으로 전류를 이동시키는 것을 특징으로 한다.On the other hand, when the
그리고, 상기 나노 로드층(170)은 자외선흡수층(140)의 상면 중 제1 영역과 제2 영역 사이의 제3 영역(171)에 형성되어 있으며, 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.In addition, the
예를 들어, 제1 영역과 제2 영역 사이의 약 10 ㎛ 정도되는 제3 영역(171)에 복수 개의 금속 산화물 나노 로드를 형성하게 되는 것이다.For example, a plurality of metal oxide nanorods are formed in the
이때, 유의해야 할 점은 제3 영역은 제1 영역 및 제2 영역과 중첩되지 않아야 한다는 것이다.In this case, it should be noted that the third region should not overlap the first region and the second region.
한편, 상기 나노 로드층(170)이 바람직하게는 자외선을 흡수하는 특성을 지닌 물질로 형성하게 되며, 이때 금속 산화물로서, 산화아연으로 성장된 산화아연 나노 로드를 사용하게 된다.On the other hand, the nano-
또한, 도 1에 도시한 바와 같은 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조는 top-gate staggered 방법, top-gate coplanar 방법, bottom-gate staggered 방법, bottom-gate coplanar 방법 중 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 제조되게 된다.In addition, a transistor structure including a nanorod as shown in FIG. 1 may be manufactured using at least one of a top-gate staggered method, a top-gate coplanar method, a bottom-gate staggered method, and a bottom-gate coplanar method. Will be.
상기한 방법은 일반적으로 트랜지스터 구조를 제공하기 위한 기술로서 당업자들에게 널리 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하겠다.Since the above-described method is generally known to those skilled in the art as a technique for providing a transistor structure, detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서의 제조 방법을 나타낸 공정도이다.2 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a highly sensitive ultraviolet sensing element type ultraviolet sensor of a transistor structure including a nanorod according to a first embodiment of the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명인 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서의 제조 방법은, 절연층형성단계(S100), 제1전극형성단계(S200), 자외선흡수층형성단계(S300), 제2전극및제3전극형성단계(S400), 나노 로드층형성단계(S500)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the method of manufacturing a high-sensitivity ultraviolet-sensing element type ultraviolet sensor according to the present invention includes an insulation layer forming step S100, a first electrode forming step S200, an ultraviolet absorbing layer forming step S300, and a second electrode. And a third electrode forming step S400 and a nanorod layer forming step S500.
구체적으로 설명하면, 상기 절연층형성단계(S100)는 기판(120)의 상면에 절연층(130)을 형성하는 단계이다.In detail, the insulating layer forming step (S100) is a step of forming the insulating
예를 들어, n형 실리콘 기판(120) 위에 열 산화법(thermal oxidation)을 통해 이산화규소(SiO2)를 증착시켜 절연층(130)을 형성하게 되는 것이다.For example, the insulating
상기 제1전극형성단계(S200)는 상기 n형 실리콘 기판(120)의 하면에 제1 전극(110)을 형성하는 단계이다.The first electrode forming step S200 is a step of forming the
구체적으로, n형 실리콘 기판(120)의 하면에 알루미늄(Al) 계열의 금속, 은(Ag) 계열의 금속, 구리(Cu) 계열의 금속, 몰리브덴(Mo) 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 금속군 중 선택된 적어도 어느 하나의 금속을 증착시켜 제1 전극(110)을 형성하게 되는 것이다.Specifically, the lower surface of the n-
상기 자외선흡수층형성단계(S300)는 절연층형성단계(S100)에 의해 형성된 절연층(130)의 상면에 자외선을 흡수하는 특성을 지닌 물질로 자외선흡수층(140)을 형성하는 단계이다.The ultraviolet absorbing layer forming step (S300) is a step of forming the
이때, 바람직하게는 산화 아연으로 자외선흡수층(140)을 형성하게 된다.In this case, preferably, the
또한, 부가적인 양태에 따라, 상기 자외선흡수층을 산화 아연으로 형성된 산화아연층으로 형성할 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 자외선흡수층(140)의 상면에 일정 깊이로 형성된 산화아연 시드층(145, seed layer)을 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to an additional embodiment, when the ultraviolet absorbing layer is formed of a zinc oxide layer formed of zinc oxide, as illustrated in FIG. 1, the zinc
구체적으로 설명하면, 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD), 스퍼터 증착법(Sputter Deposition, SD), 졸-겔(Sol-Gel)법 중 적어도 어느 하나의 제조법을 이용하여 절연층(130)의 상면에 산화아연을 증착시켜 산화아연층을 형성하고, 이후에 상기 형성된 산화아연층을 열처리하여 산화아연 시드층(145, seed layer)을 형성하는 것이다.Specifically, the top surface of the insulating
예를 들어, 원자층 증착법을 이용하여 절연층(130)의 상면에 산화아연을 증착시키는 방법을 설명하자면, 절연층(130)을 포함하는 기판(120)이 위치하는 반응기에 아연(Zn) 소스(예를들어, 디에틸아연(DEZ))와 산소 소스(예를들어, 물(H2O))를 번갈아 주입하여 산화아연 박막을 증착하게 된다.For example, a method of depositing zinc oxide on the upper surface of the insulating
이때, 불활성 기체인 질소(N) 또는 아르곤(Ar)을 이용하는 퍼지(purge) 과정을 추가하여 미반응 아연 소스 및 산소 소스와 반응 부산물을 제거하면서 산화아연 박막을 증착하게 된다.At this time, a zinc oxide thin film is deposited while removing an unreacted zinc source, an oxygen source, and a reaction by-product by adding a purge process using nitrogen (N) or argon (Ar) as an inert gas.
상기 제2전극및제3전극형성단계(S400)는 상기 형성된 자외선흡수층(140)의 상면 어느 일측의 제1 영역(151)에 금속을 증착하여 제2 전극(150)을, 상기 형성된 자외선흡수층(140)의 상면 타측의 제2 영역(161)에 금속을 증착하여 제3 전극(160)을 형성하는 단계이다.In the forming of the second electrode and the third electrode (S400), a metal is deposited on the
구체적으로 설명하자면, 상기 형성된 자외선흡수층(140)의 상면에 알루미늄(Al) 계열의 금속, 은(Ag) 계열의 금속, 구리(Cu) 계열의 금속, 몰리브덴(Mo) 계열의 금속, 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 금속군 중 선택된 적어도 어느 하나의 금속을 증착하고 패터닝하여 제1 영역에 제2 전극(150)을, 제2 영역에 제3 전극(160)을 형성하는 것이다.Specifically, the aluminum (Al) -based metal, silver (Ag) -based metal, copper (Cu) -based metal, molybdenum (Mo) -based metal, chromium (Cr) on the upper surface of the formed UV absorbing layer 140 ), Depositing and patterning at least one metal selected from the group of metals consisting of titanium (Ti) and tantalum (Ta) to form the
예를 들어, 습식 식각을 통해 패터닝하는 경우, 자외선흡수층(140) 상면에 금속을 증착시키고 증착된 금속에 감광막을 코팅한 후, 마스크를 통해 노광시켜 패턴을 형성하고 식각액을 흘려보내 전극 패턴을 형성하는 것이다.For example, in the case of patterning through wet etching, a metal is deposited on the upper surface of the
이때, 제1 영역과 제2 영역 사이를 약 10 ㎛ 정도가 되도록 하여 제3 영역(171)이 존재하도록 제1 영역과 제2 영역이 중첩되지 않도록 전극 패턴을 형성하는 것을 주의해야 한다.At this time, care should be taken to form an electrode pattern so that the first region and the second region are about 10 μm so that the first region and the second region do not overlap so that the
상기 나노 로드층형성단계(S500)는 자외선흡수층의 상면 중 제1 영역과 제2 영역 사이의 제3 영역(171)에 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 포함하는 나노 로드층(170)을 형성하는 단계이다.The nanorod layer forming step S500 includes a
구체적으로 설명하자면, 제2 전극(150)과 제3 전극(160) 사이에 수열 합성법(85℃ 내지 100℃의 온도 내에서)을 이용하여 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 성장시켜 나노 로드층(170)을 형성하게 된다.In detail, a plurality of
예를 들어, 산화 아연을 이용하여 나노 로드층을 형성할 경우에 아연소스(구체적으로는 아연 나이트레이트 육수화물)와 축합제를 탈이온수에 용해시킨 용액과 헥사메틸렌테트라민(hexamethylenetetramine)을 탈이온수에 용해시킨 용액을 포함하는 혼합용액에 산화아연층(140)을 포함하는 기판(120)을 담가 산화아연 나노 로드를 성장시킬 수 있으며, 성장된 산화아연 나노 로드는 도 3과 같은 형상을 가지게 된다.For example, in the case of forming a nanorod layer using zinc oxide, a solution of zinc source (specifically, zinc nitrate hexahydrate) and a condenser in deionized water and hexamethylenetetramine are used in deionized water. The zinc oxide nanorods may be grown by immersing the
이때, 바람직한 산화아연 나노 로드의 성장온도는 약 85℃ 내지 100℃이다.At this time, the growth temperature of the preferred zinc oxide nanorods is about 85 ℃ to 100 ℃.
그리고, 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 성장시킬 경우에는 85℃ 내지 100℃의 온도에서 수열 합성법을 이용하여 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 성장시키거나, 기상 수송법을 이용하여 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 성장시키거나, 템플릿을 이용한 증착법을 이용하여 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 성장시키거나, 졸-겔 증착법을 이용하여 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 성장시키는 것을 특징으로 한다.When the plurality of
즉, 수열 합성법, 기상 수송법, 템플릿을 이용한 증착법, 졸-겔 증착법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 성장시키게 되는데, 바람직하게는 수열 합성법을 사용하는 것이 좋다.That is, it is grown by any one method of hydrothermal synthesis, vapor phase transportation, template deposition, sol-gel deposition, preferably hydrothermal synthesis.
상기한 기상 수송법은 금속 촉매를 이용한 Vapor-Liquid-Solid(VLS) 메카니즘을 이용하여 나노 로드를 성장시키는 방법이며, 템플릿을 이용한 증착법은 다공질을 가진 템플릿을 박막 위에 증착하고 다공질을 금속 산화물로 채워 나노 로드를 증착하는 방법이며, 졸-겔 증착법은 나노 로드가 함유된 용액을 박막위에 증착하여 나노 로드를 증착하는 방법이다.The vapor phase transport method is a method of growing nanorods using a Vapor-Liquid-Solid (VLS) mechanism using a metal catalyst, and the deposition method using a template deposits a porous template on a thin film and fills the porous with a metal oxide. The nanorods are deposited, and the sol-gel deposition method is a method of depositing nanorods by depositing a solution containing nanorods on a thin film.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서의 제조 방법 중 나노 로드층형성단계에 의해 형성된 나노 로드층의 SEM 이미지이다.FIG. 3 is an SEM image of a nanorod layer formed by a nanorod layer forming step in a method of manufacturing a highly sensitive ultraviolet sensing element type ultraviolet sensor having a transistor structure including a nanorod according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 산화 아연을 이용할 경우에, 나노 로드층형성단계를 통해 산화아연층의 상면에서 성장시킨 산화아연(ZnO) 나노 로드의 SEM(주사 전자 현미경, Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 것으로서, 산화아연층의 Z축 방향으로 성장된 복수 개의 산화아연 나노 로드(170a ~ 170n)를 확인할 수 있다. FIG. 3 shows SEM (Scanning Electron Microscope) images of zinc oxide (ZnO) nanorods grown on the upper surface of the zinc oxide layer through the nanorod layer forming step when zinc oxide is used. A plurality of
또한, X축 방향보다 Z축 방향으로 산화아연 나노 로드의 성장이 더 우세한 것을 확인할 수 있었다.In addition, it was confirmed that the growth of the zinc oxide nanorods was more dominant in the Z-axis direction than in the X-axis direction.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조된 산화아연 박막 및 산화아연 나노 로드를 통해 감지모듈의 비 표면적을 증가시켜 안정성 및 센싱 성능이 향상된 자외선 센서를 제조할 수 있게 된다. On the other hand, by increasing the specific surface area of the detection module through the zinc oxide thin film and the zinc oxide nanorod manufactured according to the first embodiment of the present invention it is possible to manufacture an ultraviolet sensor with improved stability and sensing performance.
도 4의 경우에는 기존 평면형일 경우에 필름을 검은선으로 나타낸 것이며, 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)에 의해 제조된 1um의 나노 로드를 파란선으로 나타낸 것이며, 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)에 의해 제조된 200nm의 나노 로드를 붉은선으로 나타낸 것이며, 졸-겔(Sol-Gel)법에 의해 제조된 200nm의 나노 로드를 분홍선으로 나타낸 것이다.In the case of FIG. 4, the film is shown as a black line in the case of a conventional planar type, and a 1 μm nanorod manufactured by Atomic Layer Deposition (ALD) is shown as a blue line, and the Atomic Layer Deposition method is illustrated in FIG. , 200 nm nanorods prepared by ALD) are shown as red lines, and 200 nm nanorods produced by the Sol-Gel method are represented by pink lines.
이때, 본 발명의 제1 실시예에 따라 형성된 나노 로드 구조의 자외선 영역 흡수도 스펙트럼을 나타낸 도 4를 살펴보면, 기존 평면형(검은선)에 비해 선택성이 매우 우수해짐을 알 수 있다. In this case, looking at Figure 4 showing the ultraviolet region absorption spectrum of the nanorod structure formed according to the first embodiment of the present invention, it can be seen that the selectivity is very excellent compared to the conventional planar (black line).
또한, 저온 수열합성 공정을 통해 산화아연 박막에 산화아연 나노 로드를 형성함으로써, 제조공정을 간소화하여 자외선 센서를 대량 생산할 수 있으며, 제조비용을 감소시킬 수 있다. In addition, by forming a zinc oxide nanorod on the zinc oxide thin film through a low-temperature hydrothermal synthesis process, it is possible to simplify the manufacturing process to mass-produce the ultraviolet sensor, and to reduce the manufacturing cost.
또한, 본 발명에서 제공하는 구조는 제어 신호가 인가되는 게이트 전극(VG)을 갖는 트랜지스터 구조를 가지게 되므로 도 5에 도시한 바와 같이, 동일한 광에 노출이 되더라도 게이트 전압에 따라 전기적 특성 변화가 다르게 나타날 수 있음을 알 수 있었다.In addition, since the structure provided in the present invention has a transistor structure having a gate electrode (V G ) to which a control signal is applied, as shown in FIG. 5, even when exposed to the same light, the electrical characteristic changes differently according to the gate voltage. It could be seen that.
그리고, 도 5의 실험 결과는 게이트에 가해지는 음의 전압이 증가하면 증가할수록 동일한 광 입사 조건하에서 채널 저항 감소폭이 매우 커지는 것을 확인할 수 있었다.In addition, the experimental result of FIG. 5 shows that as the negative voltage applied to the gate increases, the decrease in the channel resistance becomes very large under the same light incident condition.
이러한 현상은 기존의 ZnO 기반 산화물 박막트랜지스터에서 NBIS(Negative Bias Illumination Stress)로 빛에 노출되었을 때, 트랜지스터의 전기적 특성 불안정을 초래하여 가급적 피해야 하는 것으로 알려진 바 있다. This phenomenon has been known to be avoided when exposed to light with NBIS (Negative Bias Illumination Stress) in the existing ZnO-based oxide thin film transistors as possible, causing instability of the transistor.
이러한 원인으로 빛과 게이트 전압의 상호 작용에 의한 지속적 광전도 효과(PPE : persistent photoconductivity effect)가 대표적이다.For this reason, the persistent photoconductivity effect (PPE) due to the interaction of light and gate voltage is representative.
반면에 본 발명의 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서의 제조방법을 통해 제조된 자외선 센서의 경우에는 자외선을 감지할 때 이를 오히려 감도를 증가시키는데 활용할 수가 있게 되는 것이다.On the other hand, in the case of the ultraviolet sensor manufactured through the manufacturing method of the high-sensitivity UV-sensing element-type UV sensor of the transistor structure including the nanorod of the present invention will be able to utilize this to increase the sensitivity when detecting the UV.
그리고, 도 6은 ZnO 기반의 트랜지스터에서 빛을 인가하지 않고, 게이트 전압을 인가할 경우에 도 5보다 작은 전기적 특성 변화가 나타남을 측정한 결과를 나타낸 그래프로서, 실험 결과는 광 입사없이 게이트에 가해지는 음의 전압의 변화에 따른 전기적 특성을 보여준다. 6 is a graph showing a result of measuring a change in electrical characteristics smaller than that of FIG. 5 when a gate voltage is applied without applying light in a ZnO-based transistor, and an experimental result is applied to a gate without light incidence. The electrical characteristics of the negative voltage change are shown.
도 5와 비교했을 때, 게이트에 가해지는 음의 전압 크기에 따른 전기적 특성의 변화가 작은 것을 확인할 수 있었다. In comparison with FIG. 5, it was confirmed that the change in electrical characteristics according to the magnitude of the negative voltage applied to the gate was small.
이는 도 5에서 빛에 의한 전기적 특성의 변화가 매우 크다는 것을 보완해 주는 결과로 볼 수 있다.This can be seen as a result of compensating that the change in electrical characteristics by light is very large in FIG.
지금까지 설명한 본 발명에 의하면, 나노구조체가 자외선 영역의 흡수를 향상시키면서, 트랜지스터 구조를 적용하여 고감도의 자외선 측정이 가능한 효과를 발휘하게 된다.According to the present invention described so far, the nanostructure exhibits the effect of high sensitivity UV measurement by applying the transistor structure while improving the absorption of the ultraviolet region.
구체적으로, 자외선 측정에 있어 나노 구조체와 트랜지스터 구조를 결합하여 광의 세기가 작을 때에도 감지할 수 있어 전체적인 자외선 센서의 감도를 향상시키는 장점을 제공하게 된다.Specifically, in the UV measurement, the nano structure and the transistor structure can be combined to sense even when the light intensity is small, thereby providing an advantage of improving the overall sensitivity of the UV sensor.
또한, 평면형 2단자인 자외선센서 구조에 나노 로드(바람직하게는 산화아연 나노 로드)와 트랜지스터 구조를 적용시킴으로써, 자외선의 흡수 특성을 향상시키면서, 고감도의 측정이 가능한 자외선센서를 제공하게 된다.In addition, by applying a nanorod (preferably zinc oxide nanorod) and a transistor structure to the planar two-terminal ultraviolet sensor structure, it is possible to provide an ultraviolet sensor capable of high-sensitivity measurement while improving the absorption characteristics of ultraviolet light.
그리고, 일반적인 센서는 애노드과 캐소드으로 동작되는 구조이지만, 본 발명은 제어 전극을 추가한 트랜지스터의 구조로 낮은 감도의 자외선이 조사되었을 때, 전류의 보상을 통하여 감도를 향상시킬 수 있는 장점을 제공하게 된다.In addition, although a general sensor has a structure in which an anode and a cathode are operated, the present invention provides an advantage of improving sensitivity through compensation of current when ultraviolet rays having low sensitivity are irradiated with a structure of a transistor in which a control electrode is added. .
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In addition, although the preferred embodiment of the present invention has been shown and described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiment, the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.
100 : 본 발명인 자외선 센서
110 : 제1 전극
120 : 기판
130 : 절연층
140 : 자외선흡수층
145 : 산화아연 시드층
150 : 제2 전극
160 : 제3 전극
170 : 나노 로드층100: inventor of the ultraviolet sensor
110: first electrode
120: substrate
130: insulation layer
140: UV absorbing layer
145: zinc oxide seed layer
150: second electrode
160: third electrode
170: nanorod layer
Claims (7)
기판(120)과,
상기 기판의 하면에 형성되는 제1 전극(110)과,
상기 기판의 상면에 형성되는 절연층(130)과,
상기 절연층의 상면에 자외선을 흡수하는 특성을 지닌 물질로 형성되는 자외선 흡수층(140)과,
상기 자외선 흡수층의 상면 어느 일측의 제1 영역(151)에 형성되는 제2 전극(150)과,
상기 자외선 흡수층의 상면 타측의 제2 영역(161)에 형성되는 제3 전극(160)과,
상기 자외선 흡수층의 상면 중 제1 영역과 제2 영역 사이의 제3 영역(171)에 형성되어 있으며, 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 포함하는 나노 로드층(170)을 포함하여 구성되며,
상기 자외선흡수층(140)은,
산화아연으로 형성된 산화아연층인 것을 특징으로 하고, 상기 자외선흡수층(140) 일측에 일정 깊이로 형성되는 산화아연 시드층(145, seed layer)을 포함하며, 상기 산화아연 시드층(145)을 통해 상기 제2 전극(150)에서 상기 제3 전극(160)으로 전류를 이동시키는 것을 특징으로 하는 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서.
In the high-sensitivity ultraviolet-sensing element type ultraviolet sensor 100 of the transistor structure including a nanorod,
A substrate 120,
A first electrode 110 formed on the bottom surface of the substrate,
An insulating layer 130 formed on an upper surface of the substrate,
An ultraviolet absorber layer 140 formed of a material having a property of absorbing ultraviolet light on an upper surface of the insulating layer;
A second electrode 150 formed in the first region 151 on one side of the upper surface of the ultraviolet absorbing layer,
A third electrode 160 formed in the second region 161 on the other side of the upper surface of the ultraviolet absorption layer;
The nanorod layer 170 is formed in the third region 171 between the first region and the second region of the upper surface of the ultraviolet absorption layer, and includes a plurality of metal oxide nanorods 170a to 170n. ,
The ultraviolet absorbing layer 140,
It is characterized in that the zinc oxide layer formed of zinc oxide, comprising a zinc oxide seed layer (145, seed layer) formed to a predetermined depth on one side of the ultraviolet absorbing layer 140, through the zinc oxide seed layer 145 A high sensitivity ultraviolet-sensing element type ultraviolet sensor of a transistor structure including a nanorod, characterized by moving a current from the second electrode (150) to the third electrode (160).
상기 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조는,
top-gate staggered 방법, top-gate coplanar 방법, bottom-gate staggered 방법, bottom-gate coplanar 방법 중 적어도 어느 하나의 방법을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서.
The method of claim 1,
The transistor structure including the nanorods,
High sensitivity UV sensing device of a transistor structure including a nano-rod, characterized in that manufactured using at least one of the top-gate staggered method, top-gate coplanar method, bottom-gate staggered method, bottom-gate coplanar method Type ultraviolet sensor.
기판(120)의 상면에 절연층(130)을 형성하는 절연층형성단계(S100)와,
상기 기판(120)의 하면에 제1 전극(110)을 형성하는 제1전극형성단계(S200)와,
상기 절연층형성단계에 의해 형성된 절연층(130)의 상면에 자외선을 흡수하는 특성을 지닌 물질로 자외선흡수층(140)을 형성하는 자외선흡수층형성단계(S300)와,
상기 형성된 자외선흡수층의 상면 어느 일측의 제1 영역(151)에 금속을 증착하여 제2 전극(150)을, 상기 형성된 자외선흡수층의 상면 타측의 제2 영역(161)에 금속을 증착하여 제3 전극(160)을 형성하는 제2전극및제3전극형성단계(S400)와,
상기 자외선흡수층의 상면 중 제1 영역과 제2 영역 사이의 제3 영역(171)에 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 포함하는 나노 로드층(170)을 형성하는 나노 로드층형성단계(S500)를 포함하며,
상기 자외선흡수층형성단계(S300)는,
절연층(130)의 상면에 산화아연을 증착한 산화아연층인 자외선흡수층(140)을 형성하고, 상기 자외선흡수층(140) 상면에 일정 깊이를 갖는 산화아연 시드층(145, seed layer)을 형성하는 것을 특징으로 하고,
상기 나노 로드층형성단계(S500)는,
85℃ 내지 100℃의 온도에서 수열 합성법을 이용하여 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 성장시키거나, 기상 수송법을 이용하여 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 성장시키거나, 템플릿을 이용한 증착법을 이용하여 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 성장시키거나, 졸-겔 증착법을 이용하여 복수 개의 금속 산화물 나노 로드(170a ~ 170n)를 성장시키는 것을 특징으로 하는 나노 로드를 포함하는 트랜지스터 구조의 고감도 자외선 감지 소자형 자외선 센서 제조 방법.
In the method of manufacturing a high-sensitivity ultraviolet-sensing element type ultraviolet sensor 100 of a transistor structure including a nanorod,
An insulating layer forming step (S100) of forming an insulating layer 130 on an upper surface of the substrate 120;
A first electrode forming step (S200) for forming a first electrode 110 on the lower surface of the substrate 120,
An ultraviolet absorbing layer forming step (S300) of forming an ultraviolet absorbing layer 140 with a material having a property of absorbing ultraviolet rays on an upper surface of the insulating layer 130 formed by the insulating layer forming step;
The second electrode 150 is deposited by depositing a metal in the first region 151 on one side of the upper surface of the formed UV absorbing layer, and the third electrode is deposited by depositing metal in the second region 161 on the other side of the upper surface of the formed UV absorbing layer Forming a second electrode and a third electrode (S400) to form 160;
Nanorod layer forming step of forming a nanorod layer 170 including a plurality of metal oxide nanorods (170a ~ 170n) in the third region 171 between the first region and the second region of the upper surface of the ultraviolet absorption layer. (S500),
The ultraviolet absorption layer forming step (S300),
An ultraviolet absorber layer 140, which is a zinc oxide layer on which zinc oxide is deposited, is formed on the upper surface of the insulating layer 130, and a zinc oxide seed layer 145 having a predetermined depth is formed on the upper surface of the ultraviolet absorber layer 140. Characterized in that
The nanorod layer forming step (S500),
At a temperature of 85 ° C. to 100 ° C. to grow the plurality of metal oxide nanorods 170a to 170n using hydrothermal synthesis, or to grow the plurality of metal oxide nanorods 170a to 170n using vapor phase transport. , Characterized in that a plurality of metal oxide nanorods (170a ~ 170n) is grown by using a deposition method using a template, or a plurality of metal oxide nanorods (170a ~ 170n) by using a sol-gel deposition method A method for manufacturing a highly sensitive ultraviolet sensing element type ultraviolet sensor of a transistor structure including a rod.
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|---|---|---|---|---|
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| JP2006308559A (en) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Sharp Corp | Method for manufacturing nanowire chemfet sensor device utilizing selective deposition of nanowire |
| JP2014002031A (en) * | 2012-06-18 | 2014-01-09 | Murata Mfg Co Ltd | Uv sensor element |
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