KR102105054B1

KR102105054B1 - 파장 선택성 전극을 구비한 유기 광다이오드

Info

Publication number: KR102105054B1
Application number: KR1020180038586A
Authority: KR
Inventors: 정대성; 윤성원
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2020-05-13
Also published as: KR20190115646A

Abstract

본 발명에 실시예에 따른 유기 광다이오드는, 제1 전극부 상에 배치되는 제1 중간층, 상기 제1 중간층 상에 배치되는 광활성층, 상기 광활성층 상에 배치되는 제2 중간층 및 상기 제2 중간층 상에 배치되는 제2 전극부을 포함한다. 여기서 상기 제2 전극부는, 상기 제2 중간층 상에 배치되는 제1 반사층, 상기 제1 반사층에 마주하는 방향에 배치되는 제2 반사층 및 상기 제1 반사층과 제2 반사층의 이격 간격 사이에 배치되는 광학스페이서를 포함하며, 상기 광학스페이서의 형성두께에 따라 목표 파장을 상기 광활성층 방향으로 제공할 수 있다.

Description

파장 선택성 전극을 구비한 유기 광다이오드{Organic photodiodes with wavelength selective electrodes}

본 발명은 유기 광다이오드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기 광다이오드의 광활성층 상에 특정 파장대에 대해서만 높은 투과율을 갖는 파장 선택성 전극부를 배치시킴으로써 유기 광다이오드의 두께를 줄일 수 있으면서 색간섭 현상을 저하시킬 수 있는 파장 선택성 전극을 구비한 유기 광다이오드에 관한 것이다.

광다이오드는 반도체 다이오드의 일종으로 광을 전기에너지로 바꾸는 광전 소자로서, 반도체의 PN 접합부에 광검출 기능을 추가한 것이다.

빛이 다이오드에 닿으면 전자와 양의 전하 정공이 생겨서 전류가 흐르며, 전압의 크기는 빛의 강도에 거의 비례한다. 이처럼 광전 효과의 결과 반도체의 접합부에 전압이 나타나는 현상을 광기전력 효과라고 한다.

이러한 광다이오드는 주로 씨모스(CMOS) 이미지 센서 또는 태양 전지에 이용되고 있으며, CD 플레이어나 화재경보기, 텔레비전의 리모컨 수신부와 같은 전자제품 소자에 사용되며, 빛의 세기를 정확하게 측정하기 위하여 활용되기도 한다.

상기한 광다이오드는 응답속도가 빠르고, 감도 파장이 넓으며, 광전류의 직진성이 양호하다는 특징이 있다.

일반적으로 광활성층에 사용되는 실리콘은 간접 밴드갭을 가지는 반도체로서, 이로 인하여 가시광선에 대해 낮은 흡광 계수를 가질 수 있으며, 흡광도를 향상시키기 위해 수 μ㎛ 이상의 매우 두꺼운 층으로 형성해야만 한다. 상기한 두꺼운 광활성층은 픽셀 사이의 색 간섭 현상의 원인이 될 수 있다.

게다가 실리콘은 전색성(panchromatic) 흡광재료로 특정 파장에 대한 선택적으로 흡광할 수 없다. 이를 해결하기 위해서 입사광의 색 성분을 구분하기 위해서는 컬러필터의 사용이 필요하다.

그러나 컬러 선택성 기능을 갖는 컬러필터는 컬러필터의 흡광도에 의해 입사 광량의 감소 및 이에 따른 광감지 효율이 저하될 수 있다. 뿐만 아니라, 광다이오드 상에 컬러필터를 제조해야하는 비용이 따로 필요하다는 점에서 경제성을 저하시키는 요인이 될 수 있다.

따라서 경제성을 가지면서, 광전환 효율을 향상시킬 수 있는 유기 광다이오드의 구조를 개선할 필요가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유기 광다이오드의 광활성층 상에 특정 파장대에 대해서만 높은 투과율을 갖는 파장 선택성 전극부를 배치시킴으로써 유기 광다이오드의 두께를 줄일 수 있으면서 파장 선택성 광감지 효율을 향상시킬 수 있는 파장 선택성 전극을 구비한 유기 광다이오드를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 단위픽셀 별로 배치된 유기 광다이오드의 광활성층 상에 특정 파장대에 대해서만 높은 투과율을 갖는 파장 선택성 전극부를 배치시킴으로써 경박단소하면서 색간섭 현상을 저하시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 유기 광다이오드는 제1 전극부 상에 배치되는 제1 중간층, 상기 제1 중간층 상에 배치되는 광활성층, 상기 광활성층 상에 배치되는 제2 중간층 및 상기 제2 중간층 상에 배치되는 제2 전극부을 포함한다.

여기서 상기 제2 전극부는, 상기 제2 중간층 상에 배치되는 제1 반사층, 상기 제1반사층에 마주하는 방향에 배치되는 제2 반사층 및 상기 제1 반사층과 제2 반사층의 이격 간격 사이에 배치되는 광학스페이서를 포함하며, 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 목표 파장을 상기 광활성층 방향으로 제공할 수 있다.

상기 제2 전극부는 단일 또는 복수로 배치되고, 상기 단일 제2 전극부는 120 nm 내지 250 nm로 형성될 수 있다.

상기 제1 반사층 및 제2 반사층은 금, 은, 알루미늄 및 이들을 혼합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기 제1 반사층 및 제2 반사층 각각은 10 nm 내지 30 nm의 두께로 형성될 수 있다.

상기 광학 스페이서는 AgCl, LiF, NaCl, KCl 및 이들을 혼합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기 광학 스페이서는 80 내지 200nm 범위 두께로 형성될 수 있다.

상기 광활성층은 전색성의 유기재료로 형성될 수 있다.

상기 제1 중간층 및 상기 제2 중간층은 암전류 및 광전류 조절을 위해 ZnO, MoO₃, NiO, TiO₂ 및 이들의 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기 제1 중간층 및 상기 제2 중간층은 동일한 재료로 형성될 수 있다.

상기 제1 중간층 및 상기 제2 중간층 각각은 20nm 내지 120nm범위의 두께로 형성될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서는 단위픽셀을 포함하는 기판, 상기 기판의 단위픽셀에 배치된 금속배선을 포함하는 층간절연막, 상기 층간절면막 상에 상기 단위픽셀들에 각각 배치된 제1 전극부, 상기 제1 전극부 상에 배치되는 제1 중간층, 상기 제1 중간층 상에 배치되는 광활성층, 상기 광활성층 상에 배치되는 제2 중간층 및 상기 제2 중간층 상에 배치되는 제2 전극부가 상기 단위픽셀들에 각각 형성된 유기 광다이오드를 포함한다.

여기서 상기 제2 전극부는, 상기 제2 중간층 상에 배치되는 제1 반사층, 상기 제1 반사층에 마주하는 방향에 배치되는 제2 반사층 및 상기 제1 반사층과 제2 반사층의 이격 간격 사이에 배치되는 광학 스페이서를 포함하며, 상기 단위픽셀 별로 상이하게 형성된 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 목표 파장을 상기 광활성층 방향으로 제공할 수 있다.

그리고, 상기 단위픽셀 별로 상기 광학 스페이서의 형성두께가 상이하게 배치된 상기 유기 광다이오드는, 인접한 단위픽셀에 배치된 유기 광다이오드와 높이 단차가 형성될 수 있다.

상기 제2 전극부는 단일 또는 복수로 배치되고, 상기 단일 제2 전극부는 120nm 내지 250 nm로 형성될 수 있다.

상기 제1 반사층 및 제2 반사층은 10nm 내지 30 nm의 두께로 형성될 수 있다.

상기 광학 스페이서는 80 내지 200nm범위 두께로 형성될 수 있다.

상기 단위픽셀들에 각각 배치된 상기 유기 광다이오드는, 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제1 유기 광다이오드가 배치된 제1 수광영역, 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제2 유기 광다이오드가 배치된 제2 수광영역 및 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제3 유기 광다이오드가 배치된 제3 수광영역으로 구획될 수 있다.

상기 제1 내지 3 수광영역에서 상기 단위픽셀 별로 배치된 상기 광활성층 및 상기 제2 중간층은 동일한 두께로 형성될 수 있다.

상기 제1 수광영역에는 제1 두께로 형성된 제1광학 스페이서가 구비된 제2R 전극부가 배치되고, 상기 제2 수광영역에는 제2 두께로 형성된 제2 광학 스페이서가 구비된 제2G 전극부가 배치될 수 있고, 상기 제3 수광영역에는 제3 두께로 형성된 제3 광학 스페이서가 구비된 제2B 전극부가 배치될 수 있다.

상기 제1 수광영역 상에서 상기 제1 광학 스페이서는 160 내지 170nm 범위로 형성될 수 있다.

상기 제2 수광영역 상에서 상기 제2 광학 스페이서는 140 내지 150nm 범위로 형성될 수 있다.

상기 제3 수광영역 상에서 상기 제3 광학 스페이서는 100 내지 110nm 범위로 형성될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광검출기는 유기 광다이오드를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지는 유기 광다이오드를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 기판 상에 단위픽셀 별로 형성된 금속배선을 포함하는 층간절연막을 형성하는 단계, 상기 층간절연막 상에 단위픽셀 별로 형성되는 제1 전극부를 형성하는 단계, 상기 제1 전극부를 포함하는 층간 절연막 상에 제1 중간층을 형성하고, 상기 제1 중간층 상에 광활성층을 형성하고, 상기 광활성층 상에 제2 중간층을 순차적으로 형성하는 단계 및 상기 제2 중간층 상에 단위픽셀 별로 제1 반사층을 형성하는 단계, 상기 제1 반사층 상에 단위픽셀 별로 상이한 두께로 형성되는 광학 스페이서를 형성하는 단계 및 상기 광학 스페이서 상에 단위픽셀 별로 제2 반사층을 순차적으로 형성하여 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다,

여기서 상기 제2 전극을 형성하는 단계는, 상기 광학 스페이서가 동일한 두께로 형성되는 단위픽셀들은 하나의 새도우 마스크로 상기 제1 반사층, 광학 스페이서 및 제2 반사층을 연속적으로 형성할 수 있다.

상기 제2 전극을 형성하는 단계는, 상기 광학 스페이서가 제1 두께로 형성되는 단위픽셀들은 제1 새도우 마스크로 상기 제1 반사층, 광학 스페이서 및 제2 반사층을 형성하고, 상기 광학 스페이서가 제2 두께로 형성되는 단위픽셀들은 제2 새도우 마스크로 상기 제1 반사층, 광학 스페이서 및 제2 반사층을 형성하고, 상기 광학 스페이서가 제3 두께로 형성되는 단위픽셀들은 제3 새도우 마스크로 상기 제1 반사층, 광학 스페이서 및 제2 반사층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 층간절연막 상에 단위픽셀 별로 형성되는 제1 전극을 형성하는 단계 에 있어서, 상기 층간절연막 상에 상기 금속배선을 노출시키고 상기 노출된 금속배선 상에 상기 제1 전극부를 형성하는 단계일 수 있다.

상기 제1 전극부를 포함하는 층간 절연막 상에 제1 중간층을 형성하는 단계는, 상기 제1 중간층의 상부면이 평탄면으로 형성되도록 상기 제1 전극부를 커버할 수 있다.

상기 제1 전극부를 포함하는 층간 절연막 상에 제1 중간층을 형성하고, 상기 제1중간층 상에 광활성층을 형성하고, 상기 광활성층 상에 제2 중간층을 순차적으로 형성하는 단계에 있어서, 상기 광활성층 및 제2 중간층은 상기 기판의 전면(whole surface)에 동일한 두께로 형성될 수 있다.

상기 단위픽셀들에 각각 배치된 상기 제2 전극부는, 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제1 광학 스페이서가 배치된 제1 수광영역, 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제2 광학 스페이서가 배치된 제2 수광영역 및 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제3 광학 스페이서가 배치된 제3 수광영역으로 구획될 수 있다.

상기 제2 중간층 상에 제2 전극부를 형성하는 단계에 있어서, 상기 제2 전극부의 제1 수광영역에 제2R 전극부를 형성하는 단계, 상기 제2 전극부의 제2 수광영역에 제2G 전극부를 형성하는 단계, 및 상기 제2 전극부의 제3 수광영역에 제2B 전극부를 형성하는 단계를 순차적으로 실시할 수 있다.

상기 단위픽셀 별로 형성두께가 상이하게 배치된 상기 광학 스페이서는, 인접한 단위픽셀에 배치된 상기 광학 스페이서와 높이 단차가 형성될 수 있다.

상기 제1 반사층, 광학 스페이서 및 제2 반사층은 0.1 Å/s내지 0.6Å/s 범위로 증착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 유기 광다이오드는 유기 광다이오드의 광활성층 상에 특정 파장대에 대해서만 높은 투과율을 갖는 파장 선택성 전극부를 배치시킴으로써 유기 광다이오드의 두께를 줄일 수 있으면서 파장 선택성 광감지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 이미지 센서는 단위픽셀 별로 형성된 유기 광다이오드의 광활성층 상에 특정 파장대에 대해서만 높은 투과율을 갖는 파장 선택성 전극부를 배치시킴으로써 색간섭 현상을 저하시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기 광다이오드를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정도들이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 광활성층의 흡광도 그래프 및 광다이오드 구조체의 검출능을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제2 전극부의 투과도 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 검출능을 도시한 그래프이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기 광다이오드를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유기 광다이오드(10)는 제1 전극부(100) 상에 배치되는 제1 중간층(200) 상기 제1 중간층(200) 상에 배치되는 광활성층(300) 및 상기 광활성층(300) 상에 배치되는 제2 중간층(400) 및 상기 제2중간층(400) 상에 배치되는 제2 전극부(500)을 포함한다.

여기서 상기 제2 전극부(500)는, 상기 제2 중간층(400) 상에 배치되는 제1 반사층(510), 상기 제1 반사층(510)에 마주하는 방향에 배치되는 제2 반사층(590) 및 상기 제1 반사층(510)과 제2 반사층(590)의 이격 간격 사이에 배치되는 광학 스페이서(550)를 포함하며, 상기 광학 스페이서(550)의 형성두께에 따라 목표 파장을 상기 광활성층(300) 방향으로 제공할 수 있다.

상기 제2 전극부(500)는 단일 또는 복수로 배치될 수 있으며, 상기 단일 제2 전극부(500)는 120nm 내지 250 nm로 형성될 수 있다.

상기 제1 반사층(510) 및 제2 반사층(590)은 금, 은, 알루미늄 및 이들을 혼합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1 반사층(510) 및 제2 반사층(590) 각각은 10nm 내지 30 nm 범위의 두께로 형성될 수 있다. 다시 말해, 제2 반사층(590)은 얇은 두께로 인해 외부의 광을 수광할 수 있다. 구체적으로 제2 반사층(590)은 빛의 입자보다 얇은 두께로 형성되어 외부광을 수광할 수 있다.

본 발명에 실시예에 따른 유기 광다이오드(10)는 상기한 외부광을 용이하게 수광할 수 있도록 상기 제2 반사층(590) 상에 마이크로 렌즈(600)를 더 배치시킬 수 있다.

제2 반사층(590)을 투과한 빛은 제2 반사층(590)의 하부에 배치된 광학 스페이서(550)에 제공될 수 있다.

제 2반사층(590)과 광학 스페이서(550)를 통과한 빛은 제1 반사층(510)에서 반사되어 다시 제2 반사층(590) 방향으로 반사될 수 있다. 여기서 제1 반사층(510)에서 반사된 빛은, 제2 반사층(590)을 사이에 두고 배치된 광학 스페이서(550)와 공기(air)와의 굴절률 차이로 인해 제2 반사층(590)을 투과하지 못하고 다시 반사되어 광학 스페이서(550) 방향으로 진행될 수 있다.

이와 같이, 제1 반사층(510)과 제2 반사층(590) 사이에서 반사와 투과가 반복되고 중첩된 대부분의 빛이 최종적으로 제1 반사층(510) 밖으로 투과 또는 반사되어 나오는데, 그 각각의 광선은 그 파장에 따라 상호 보강 간섭을 하거나 또는 상쇄간섭을 하게 되어 그 출력을 광활성층(300) 방향으로 제공할 수 있다.

즉, 제2 전극부(500)는 두개의 반사층이 목표한 이격 간격을 가진 에탈론 구조로 형성되어 파장 선택성을 가질 수 있다.

여기서 상기 광학 스페이서(550)는 AgCl, LiF, NaCl, KCl 및 이들을 혼합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다. 광학 스페이서(550)는 제2 반사층(590)과의 굴절률 차이를 발생시켜 광학 스페이서(550)와 제2 반사층(590)과의 계면에서 빛이 반사되도록 할 수 있다.

한편, 제1 반사층(510)은 제2 전극부(500)에서 상호 보강 간섭을 하거나 또는 상쇄간섭을 한 빛(이하 “선택 파장”)이 용이하게 투과되도록 10nm 내지 30 nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.

그리고 제2 중간층(400)은 상기 선택 파장이 제1 반사층(510) 밖으로 용이하게 투과되도록 광학 스페이서(550)와 투과율이 상이한 재료를 사용할 수 있다.

종래에는 광활성층 상에 일정 파장을 선택적으로 필터링시키기 위한 컬러필터를 배치시킴에 따라 제조비용이 증가하고 유기 광다이오드의 두께가 두꺼워질 수 밖에 없었다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 유기 광다이오드(10)는 파장 선택성을 갖는 제2 전극(500)을 광활성층(600) 상에 배치시켜 유기 광다이오드(10)의 전체 두께를 줄임으로써 경박 단소한 유기 광다이오드(10)를 형성할 수 있다.

게다가 상기 컬러필터가 배치된 광다이오드는 컬러필터에 의해서 특정 파장에 입사시킬 수 있었으나, 상기 컬러필터의 흡광도에 의해 입사 광량의 감소 및 이에 따른 파장 선택성 광감지 효율이 저하될 수 있었다. 또한 상기한 두꺼운 두께로 인해 광 간섭이 발생되어 인접한 광다이오드에 영향을 미치는 현상이 발생할 수 있었다.

그러나 본 발명의 실시예에 따른 유기 광다이오드(10)는 특정파장에 대해서만 투과시킬 수 있는 파장 선택성을 갖는 제2 전극부(500)의 구조로 인해 광간섭 현상을 최소화시킬 수 있다. 이는 추후에 이미지 센서에서 상세히 설명하기로 한다.

그리고 상기 제1 전극부(100)는 수광된 광전하를 전기신호를 변환하기 위한 씨모스 회로(미도시)에 연결될 수 있다. 상기한 제1 전극부(100)는 오믹 컨택을 위해 금, 은, 알루미늄 및 이들을 혼합한 합금 또는 적층시킨 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 그리고 제1 전극부(100)는 상기 씨모스 회로에 용이한 연결을 위해 80nm 내지 150nm 범위의 두께로 형성할 수 있다.

상기한 제1 전극부(100)의 형성두께는 얇으면서도 충분한 수준의 전기 전도도가 발현될 수 있으면서 광활성층(300)을 통과해 제1 전극(100)까지 도달하는 빛을 충분히 반사할 수 있을 만큼의 반사도를 가질 수 있도록 80nm 내지 150nm 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 제1 전극부(100) 상에는 제1 중간층(200)이 배치될 수 있다. 그리고 제1 중간층(200) 상에는 광활성층(300)과 제2 중간층(400)이 배치될 수 있다. 여기서 상기한 광활성층(300)은 전색성의 유기재료로 형성될 수 있다.

상기 제1 중간층(200) 및 상기 제2 중간층(400)은 유기 광다이오드(10)에서 발생된 암전류 및 광전류의 조절을 위해 ZnO, MoO₃, NiO, TiO₂ 및 이들의 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기한 ZnO, MoO₃, NiO, TiO₂을 포함하는 산화 금속류 반도체 재료는 광활성층(300)을 형성하는 유기재료와, 상기 유기재료의 에너지 준위에 대해 에너지 장벽(energy barrier)을 형성하여, 특정 캐리어의 흐름에 대해 차단 또는 광활성층(300)과 제1 전극(100) 사이에서 에너지 캐스케이드(energy cascade) 구조를 형성하여 특정 캐리어의 흐름을 촉진할 수 있다.

그리고 상기 제1 중간층(200)과 제2 중간층(400)은 암전류 및 광전류의 조절을 위해 동일한 재료로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 중간층(200)과 제2 중간층(400) 각각은, 20nm 내지 120nm 범위의 두께로 형성될 수 있다.

예를 들면, 상기 제1 중간층(200)과 제2 중간층(400)는 전술한 에너지 장벽 또는 에너지 캐스케이드(energy cascade) 구조로 물질의 에너지 준위 특성이 나타나면서도 유연성을 지닐 수 있는 20nm 내지 120nm 두께로 형성할 수 있다.

또한, 상기 제1 중간층(200)과 제2 중간층(400)은 동일한 두께로 형성될 수 있다. 다시 말해, 암전류 및 광전류의 용이한 조절을 위해 동일한 두께로 형성할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니고, 공정 조건 및 외부 환경에 대응해 서로 상이한 두께로 형성할 수도 있다.

여기서 상기 제1 중간층(200)과 제2 중간층(400)은 20nm미만인 경우는 물질의 에너지 준위 특성이 온전히 반영되지 않기 때문에 바람직하지 않고, 120nm 두께를 초과하는 경우는 유기 광다이오드(10)의 전체 두께가 두꺼워져 경박단소한 유기 광다이오드를 형성하기 곤란할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 유기 광다이오드(10)는 제2 전극부(500)에서 특정 파장의 빛을 투과시키고, 상기 선택 파장을 전색성의 광활성층(300)으로 입사시켜 광전변환 효과에 의해 여기자를 형성시킬 수 있다. 그리고, 상기한 여기자는 내부 확산 전위(Built-in potential)에 의해 전자와 정공으로 분리되어 외부 전압에 의해 각 전극으로 이동하여 전류가 형성될 수 있다.

게다가 본 발명의 실시예에 따른 유기 광다이오드(10)에서 제1 전극부(100) 및 제2 전극부(500)과, 광활성층(300) 사이에 제1 중간층(200) 및 제2 중간층(400)을 배치시킴으로써 암전류의 억제 및 전하 운반자의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기 광다이오드(10)는 유기 광다이오드(10)의 광활성층(300) 상에 특정 파장대에 대해서만 높은 투과율을 갖는 파장 선택성 제2 전극부(500)를 배치시킴으로써 유기 광다이오드(10)의 두께를 줄일 수 있으면서 파장 선택성 광감지 효율을 향상시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 단면도이다.

여기서 도 2 및 도 3은 중복 설명을 회피하고, 용이한 설명을 위해 도 1을 인용하여 설명하기로 한다.

도 2및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 (20)는, 단위픽셀(P)을 포함하는 기판(50), 상기 기판(50)의 단위픽셀(P) 단위로 배치된 금속배선(60)을 포함하는 층간절연막(70), 상기 층간절면막(70) 상에 각 단위픽셀(P)들에 배치된 제1전극부(100), 상기 제1 전극부(100) 상에 배치되는 제1 중간층(200), 상기 제1 중간층(200) 상에 배치되는 광활성층(300), 상기 광활성층(300) 상에 배치되는 제2 중간층(400) 및 상기 제2중간층(400) 상에 배치되는 제2 전극부(500)가 상기 단위픽셀(P)들에 각각 형성된 유기 광다이오드(10)를 포함한다.

여기서 상기 제2 전극부(500)는, 상기 제2 중간층(400) 상에 배치되는 제1 반사층(510), 상기 제1 반사층(510)에 마주하는 방향에 배치되는 제2 반사층(590) 및 상기 제1 반사층(510)과 제2 반사층(590)의 이격 간격 사이에 배치되는 광학 스페이서(550)를 포함하며, 상기 단위픽셀(P) 별로 상이하게 형성된 상기 광학 스페이서(550)의 형성두께에 따라 목표 파장을 상기 광활성층(300) 방향으로 제공할 수 있다.

또한, 상기 단위픽셀(P) 별로 상기 광학 스페이서(550)의 형성두께가 상이하게 배치된 상기 유기 광다이오드(10)는, 인접한 단위픽셀(P)에 배치된 유기 광다이오드(10)와 높이 단차가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)는, 하지층에 기판(50)을 포함한다. 상기 기판(50)은 반도체 기판, 유리 기판 등이 사용될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

기판(50) 상에는 가상의 단위픽셀(P)을 구획할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)는 상기 유기 광다이오드(10)가 배치되는 각각의 영역을 단위픽셀(P: Pixel)로 정의될 수 있다.

본 실시예에서 도시된 도면에서는 상기 단위픽셀(P)을 스트레이트 배열한 경우를 도시하여 설명하기로 하나, 이에 한정하는 것은 아니고, 모자이크 배열, 델타 배열 등 선택적으로 배열시킬 수 있다.

그리고 기판(50) 상에는 상기 단위픽셀(P)에 배치된 금속배선(60)을 포함하는 층간절연막(70)이 배치된다.

기판(50) 상에 배치되는 금속배선(60)은 각각의 단위픽셀(P) 별로 각각 배치될 수 있다. 금속배선(60)은 씨모스 회로(미도시)에 연결될 수도 있고, 기판(50)에 연결될 수도 있다. 상기한 금속배선은 제1 전극부(100)와 연결될 수도 있다.

다시 말해, 금속배선(60)은 씨모스 회로(미도시)와 상기 제1 전극부(100)을 연결하는 링크선으로 사용할 수 있고, 상기 금속배선(60)은 제1 전극부와 일체으로 형성되어 광에너지에서 전환된 전기에너지를 직접 전달하도록 상기 씨모스 회로에 직접 연결될 수고 있다.

그리고 상기 층간절연막(70)은 각 단위픽셀(P)마다 배치된 각각의 금속배선(60)들 간을 절연시킬 수 있다.

도 1에서 전술한 바와 같이, 상기 단위픽셀(P) 별로 구획된 기판(50) 상에 구체적으로, 층간절연막(70) 상에 유기 광다이오드(10)가 배치될 수 있다.

상기 유기 광다이오드(10)의 제1 전극(100)은 상기 금속배선(60)과 연결될 수 있다. 구체적으로 층간절연막(70)의 일부 영역에는 단위픽셀(P) 별로 각각의 금속배선(60)이 노출되고, 노출된 영역 상에는 제1 전극부(100)가 각각 배치될 수 있다. 다시 말해, 제1 전극부(100)는 층간절연막(70) 상에 배치되며, 금속배선(60)이 노출된 영역 상에 배치되어 금속배선(60)과 연결될 수 있다.

상기 유기 광다이오드(10)에 대해 설명하기에 앞서, 제1 전극부(100) 상에 배치된 구성요소는 도 1에서 전술하였기 때문에 생략하거나 간략히 설명하기로 하며, 용이한 설명을 위해 상기 단위픽셀(P)들이 배치된 영역을 수광 영역(light-interception, LI)으로 정의한다.

상기한 수광영역(LI)은 광학 스페이서(550)의 형성두께에 따라 제1 수광영역(LI-R), 제2 수광영역(LI-G) 및 제 3 수광영역(LI-B)으로 구획될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 화이트 색상을 수광할 수 있는 제 4 수광영역을 배치시킬 수도 있다. 본 실시예에서는 제1 내지 제3 수광영역 (LI-R, LI-G, LI-B)을 도시하여 설명하기로 한다.

상기한 제1 전극부(100)는 상기 금속배선(60)과 오믹 컨택을 위해 금, 은, 알루미늄 및 이들을 혼합한 합금 또는 적층시킨 전도성 금속으로 형성될 수 있다. 그리고 제1 전극부(100)는 상기 씨모스 회로에 용이한 연결을 위해 80nm 내지 150nm 두께로 형성할 수 있다.

상기 제1 전극부(100) 상에는 제1 중간층(200)이 배치될 수 있다. 그리고 제1 중간층(200) 상에는 광활성층(300)과 제2 중간층(400)이 배치될 수 있다. 여기서 상기한 광활성층(300)은 전색성의 유기재료로 형성될 수 있다. 이하에서는 제1 전극부(100) 상에 배치되는 제1 중간층(200), 광활성층(300), 제2 중간층(400)을 포함하는 구조를 광다이오드 구조체로 통칭하기로 한다.

여기서 상기 제1 전극부(100)를 포함하는 층간절연막(70) 상에 형성되는 제1 중간층(200)은 상기 제1 중간층(200)의 상부면이 평탄면으로 형성되도록 상기 제1 전극부(100)를 커버할 수 있다.

여기서 평탄면이 형성된 상기 제1 중간층(200) 상에 광활성층(300) 및 제2 중간층(400)을 형성할 수 있다. 상기와 같이, 평탄면이 형성된 제1 중간층(200)으로 인해 상기 단위픽셀 별로 배치된 광활성층(300) 및 제2 중간층(400)은 제1 내지 3 수광영역(LI-R, LI-G, LI-B)에 동일한 두께로 형성될 수 있다.

그리고 상기 제1 중간층(200)과 제2 중간층(400)은 암전류 및 광전류의 조절을 위해 동일한 재료로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 중간층(200)과 제2 중간층(400) 각각은, 20nm 내지 120nm 두께로 형성될 수 있다.

예를 들면, 상기 제1 중간층(200)과 제2 중간층(400)는 전술한 에너지 장벽 또는 에너지 캐스케이드(energy cascade) 구조로 물질의 에너지 준위 특성이 나타나면서도 유연성을 지닐 수 있는 20nm내지 120nm 두께로 형성할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)는 상기 제1 전극부(100)를 포함하는 층간절연막(70) 상에 형성되는 상기 유기 광다이오드(10)를 통해 외부광을 광활성층(300)으로 입사시켜 광전변환 효과에 의해 여기자를 형성시킬 수 있고, 상기한 여기자는 내부 확산 전위(Built-in potential)에 의해 전자와 정공으로 분리되어 외부 전압에 의해 각 전극으로 이동하여 전류가 형성될 수 있다.

게다가 본 발명의 실시예에 따른 유기 광다이오드(10)에서 제1 전극부(100)상에 제1 중간층(200), 제2 중간층(400) 및 제1 중간층(200)과 제2 중간층(400) 사이에 광활성층(300)을 배치시킴으로써 암전류의 억제 및 전하 운반자의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

상기와 같이 형성된 상기 제1 전극부(100)를 포함하는 층간절연막(70) 상에 형성되는 상기 제1 중간층(200), 상기 광활성층(300) 및 제2 중간층(400)으로 광다이오드의 역할을 할 수 있으나 상기 광활성층(300)은 전색성(panchromatic) 흡광 유기재료로 인해 특정 파장에 대해서 선택성을 가질 수 없기 때문에 색 간섭 현상이 발생할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)는 상기 광다이오드 구조체 상에 파장 선택성을 갖는 제2 전극부(500)를 포함한다.

상기 제2 전극부(500)는 단일 또는 복수로 배치될 수 있고, 상기 단일 제2 전극부(500)는 120nm 내지 250 nm로 형성될 수 있다.

상기 제2 전극부(500)는 상기 제2 중간층(400) 상에 배치되는 제1 반사층(510), 상기 제1 반사층(510)에 마주하는 면에 제2 반사층(590)이 배치될 수 있고, 상기 제1 반사층(510)과 제2 반사층(590)이 이격 거리 사이에는 광학 스페이서(550)가 배치될 수 있다.

상기 제1 반사층(510) 및 제2 반사층(590) 각각은 10nm 내지 30 nm의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제1 반사층(510) 및 제2 반사층(590)은 동일한 두께로 형성될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 경우에 따라, 즉 제2 전극부(500)의 두께 조절을 위해 제1 반사층(510) 및 제2 반사층(590)의 두께가 상이하게 형성될 수도 있다.

여기서, 상기한 제2 전극부(500)의 제1 반사층(510)은 제2 중간층(400) 상에 배치되며 제1 내지 3 수광영역(LI-R, LI-G, LI-B)을 커버하는 일체형으로 형성될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 제조공정에 따라 각 수광 영역마다 제1 반사층(510)이 각각 배치될 수도 있다. 본 실시예의 도면에서는 제1 반사층(510)이 일체형으로 연결된 것을 도시하여 설명하나, 공정에 따라 제1 반사층(520)은 서로 이격되어 형성될 수도 있다.

제1 반사층(510)에 마주면에 배치되는 제2 반사층(590)은 얇은 두께로 형성되어 외부의 광을 수광할 수 있다. 구체적으로 제2 반사층(590)은 빛의 입자보다 얇은 두께로 형성되어 외부광을 수광할 수 있다.

상기 제1 반사층(510)과 제2 반사층(590)이 이격 거리 사이에 배치되는 광학 스페이서(550)는 AgCl, LiF, NaCl, KCl 및 이들을 혼합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다. 그리고 상기 광학 스페이서(550)는 80 내지 200nm범위 두께로 형성될 수 있다.

상기 광학 스페이서(550)는 제1 내지 제3 수광영역(LI-R, LI-G, LI-B)에서 각각 상이한 두께로 배치될 수 있다.

구체적으로, 제1 내지 제3 수광영역(LI-R, LI-G, LI-B) 상에는 제1 내지 제3유기 광다이오드(10R, 10G, 10G)가 각각 배치될 수 있다.

즉, 단위픽셀(P) 중 제1 유기 광다이오드(10R)가 배치된 영역에는 제1R 반사층(510R), 제1 광학 스페이서(550R) 및 제2R반사층(590R)이 적층된 파장 선택성 제2R 전극부(500R)가 배치될 수 있다.

그리고 단위픽셀(P) 중 제2 유기 광다이오드(10G)가 배치된 영역에는 제1R 반사층(510G), 제2 광학 스페이서(550G) 및 제2G반사층(590G)이 적층된 파장 선택성 제2G 전극부(500G)가 배치될 수 있고, 단위픽셀(P) 중 제3 유기 광다이오드(10B)가 배치된 영역에는 제1B 반사층(510B), 제3 광학 스페이서(550B) 및 제2B반사층(590B)이 적층된 파장 선택성 제2B 전극부(500B)가 배치될 수 있다.

여기서 제1 광학 스페이서(550R), 제2 광학 스페이서(550G) 및 제3 광학 스페이서(550B)을 포함하는 상기 광학 스페이서(550)는 80 내지 200nm범위 두께로 형성될 수 있다. 제1 광학 스페이서(550R), 제2 광학 스페이서(550G) 및 제3 광학 스페이서(550B)를 포함하는 상기 광학 스페이서(550)는 단위픽셀(P)마다 형성두께가 상이하게 형성될 수 있다.

구체적으로, 제1 내지 제3 수광영역 (LI-R, LI-G, LI-B) 상에는 광학 스페이서(550)의 형성두께가 상이하게 형성된 제2 전극부(500)가 배치될 수 있다. 다시 말해, 제1 수광영역(LI-R)에는 제1 두께(d1)로 형성된 제1광학 스페이서(500R)가 구비된 제2R 전극부(500R)가 배치될 수 있다. 제2 수광영역(LI-G)에는 제2 두께(d2)로 형성된 제2광학 스페이서(500G)가 구비된 제2G 전극부(500G)가 배치될 수 있다. 그리고, 제3 수광영역(LI-B)에는 제3 두께(d3)로 형성된 제1광학 스페이서(500B)가 구비된 제2B 전극부(500B)가 배치될 수 있다.

상기한 제1 수광영역(LI-R) 상에서 제1 광학 스페이서(550R)의 제1 두께(d1)는 160 내지 170nm 범위로 형성될 수 있고, 제2 수광영역(LI-G) 상에서 제2 광학 스페이서(550G)의 제2 두께(d2)는 140 내지 150nm 범위로 형성될 수 있고, 제3 수광영역(LI-B) 상에서 제3 광학 스페이서(550B)의 제3 두께(d3)는 100 내지 110nm 범위로 형성될 수 있다.

이와 같이, 제1 광학 스페이서(500R), 제2 광학 스페이서(550G) 및 제3 광학 스페이서(550B)의 서로 다른 형성 두께로 인해 제1 내지 제3 유기 광다이오드(10R, 10G, 10G)들은 인접한 단위픽셀에 배치된 유기 광다이오드와 높이 단차가 형성될 수 있다.

상기와 같이, 제2 전극부(500)에서 단위픽셀(P)마다 광학 스페이서(550)의 두께를 상이하게 배치시킴에 따라 단위픽셀(P)마다 특정 파장만을 투과시킬 수 있다.

구체적으로, 제1 유기 광다이오드(10R)가 배치된 제1 수광영역(LI-R)에서는 중심 파장이 650nm인 적색파장을 투과시켜 광활성층(300)에 적색 파장을 제공할 수 있다. 그리고 제2 유기 광다이오드(10G)가 배치된 제2 수광영역(LI-G)은 중심 파장이 530nm 인 녹색파장을 투과시켜 광활성층(300)에 녹색 파장을 제공할 수 있고, 제3 유기 광다이오드(10B)가 배치된 제3 수광영역(LI-B)은 중심 파장이 450nm 인 청색파장을 투과시켜 광활성층(300)에 적색 파장을 제공할 수 있다.

이와 같이, 제1 반사층(510)과 제2 반사층(590) 사이에서 반사와 투과가 반복되고 중첩된 대부분의 빛이 최종적으로 제1 반사층(510) 밖으로 투과 또는 반사되어 나오는데, 그 각각의 광선은 그 파장에 따라 상호 보강 간섭을 하거나 또는 상쇄간섭을 하게 되어 상기 제1 내지 3수광영역(LI-R, LI-G, LI-B)에서 각각 상이한 특정 파장만이 출력될 수 있다.

즉, 제2 전극부(500)는 제1 내지 3수광영역(LI-R, LI-G, LI-B)의 각각의 영역에서 상이한 파장을 광활성층(300) 방향으로 출력할 수 있다. 제2 전극부(500)는 두개의 반사층이 목표한 이격 간격을 가진 에탈론 구조로 형성되어 파장 선택성을 가질 수 있어 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)의 각 단위픽셀(P) 간에 광 간섭 효과를 저하시킬 수 있다.

게다가 일정 파장을 선택적으로 필터링시키기 위한 컬러필터를 배치시키지 않음으로써 이미지 센서(20)의 두께를 경박단소하게 형성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)는 유기 광다이오드(10)의 광활성층(300) 상에 특정 파장대에 대해서만 높은 투과율을 갖는 파장 선택성 제2 전극부(500)를 배치시킴으로써 색간섭 현상을 저하시키고, 이미지 센서(20)를 경박단소하게 형성할 수 있다.

그리고, 본 실시예에서는 이미지 센서(20)에 대해서 설명하였으나, 다른 실시예로 태양전지, 광검출기 등에 적용이 가능하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 순서도이고, 도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정도들이다.

여기서 도 4 내지 도 9는 중복 설명을 회피하고 용이한 설명을 위해 도 1 내지 도 3을 인용하여 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)의 제조방법은 기판(50) 상에 단위픽셀(P) 별로 형성된 금속배선(60)을 포함하는 층간절연막(70)을 형성하는 단계(S100), 상기 층간절연막(70) 상에 단위픽셀(P) 별로 형성되는 제1 전극부(100)를 형성하는 단계(S200), 상기 제1 전극부(100)를 포함하는 층간절연막(70) 상에 제1 중간층(200)을 형성하고, 상기 제1중간층(200) 상에 광활성층(300)을 형성하고, 상기 광활성층(300) 상에 제2 중간층(400)을 순차적으로 형성하는 단계(S300) 및 상기 제2중간층(400) 상에 단위픽셀(P) 별로 제1 반사층(510)을 형성하는 단계, 상기 제1 반사층(510) 상에 단위픽셀(P) 별로 상이한 두께로 형성되는 광학 스페이서(550)를 형성하는 단계 및 상기 광학 스페이서(550) 상에 단위픽셀(P) 별로 제2 반사층(590)을 순차적으로 형성하여 제2 전극(500)을 형성하는 단계를 포함(S400)한다.

여기서 상기 제2 전극(500)을 형성하는 단계는, 상기 광학 스페이서(550)가 동일한 두께로 형성되는 단위픽셀(P)들은 하나의 새도우 마스크로 상기 제1 반사층(510), 광학 스페이서(550) 및 제2 반사층(590)을 연속적으로 형성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)의 제조방법은 유기 광다이오드(10)의 광활성층(300) 상에 특정 파장대에 대해서만 높은 투과율을 갖는 파장 선택성 제2 전극부(500)를 배치시킴으로써 색간섭 현상을 저하시키고, 이미지 센서(20)를 경박단소하게 형성할 수 있다.

이하에서는 순서도와 공정도를 매칭시켜 설명하기로 한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)의 제조방법은 기판(50) 상에 단위픽셀(P) 별로 형성된 금속배선(60)을 포함하는 층간절연막(70)을 형성하는 단계(S100)를 포함한다.

상기 금속배선(60)은 씨모스 회로에 연결될 수 있으며, 금속배선(60)의 일부는 상기 층간절연막(70) 상에서 노출되도록 형성될 수 있다.

도 4 및 도 6를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)의 제조방법은 상기 층간절연막(70) 상에 상기 단위픽셀(P) 별로 형성되는 제1 전극부(100)를 형성하는 단계(S200)를 포함한다.

상기 층간절연막 상에 상기 금속배선을 노출시키고, 상기 층간절연막(70) 상에서 노출된 금속배선(60) 상에 상기 제1 전극부(100)를 형성할 수 있다.

제1 전극부(100)는 금, 은, 구리 및 이들을 혼합한 금속이나, 이들을 복수의 층으로 적층시켜 형성할 수 있다. 그리고 제1 전극부(100)는 상기한 금속을 증착시킨 후 마스크를 사용하여 식각하는 방법으로 그 형상을 형성할 수 있다.

한편, 상기 제1 전극부(100)는 그 형상이 동일한 형상으로 형성될 수도 있으나, 경우에 따라 단위픽셀(P) 중에서 상이한 형상으로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 적색과 비교하여 녹색의 시인성은 낮을 수 있다.

이에 단위픽셀(P) 중에서 적색의 면적을 줄이고 녹색과 청색의 제1 전극부(100)의 면적을 상대적으로 크게 형성할 수 있다. 이와 같이, 시인성이 낮은 파장 대에 해당하는 단위픽셀(P)의 제1 전극부의 면적을 크게 형성함으로써 광 추출 효율을 증가시킬 수 있다.

도 4 및 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)의 제조방법은 상기 제1 전극부(100)를 포함하는 층간 절연막(70) 상에 제1 중간층(200)을 형성하고, 상기 제1중간층(200) 상에 광활성층(300)을 형성하고, 상기 광활성층(300) 상에 제2 중간층(400)을 순차적으로 형성하는 단계(S300)를 포함한다.

여기서 상기 제1 전극부(100)를 포함하는 층간절연막(70) 상에 제1 중간층(200)을 형성하는 단계는, 상기 제1 중간층(200)의 상부면이 평탄면으로 형성되도록 상기 제1 전극부(100)를 커버할 수 있다.

상기 평탄면이 형성된 상기 제1 중간층(200) 상에 광활성층(300) 및 제2 중간층(400)을 형성할 수 있다. 상기와 같이, 평탄면이 상부면에 형성된 제1 중간층(200)으로 인해 광활성층(300) 및 제2 중간층(400)은 상기 기판(50) 전면(whole surface) 상에 동일한 두께로 형성될 수 있다.

상기와 같이 형성된 상기 제1 중간층(200), 상기 광활성층(300) 및 제2 중간층(400)은 광다이오드 구조체를 형성할 수 있다. 그러나 상기 광다이오드 구조체에 배치된 광활성층(300)은 전색성(panchromatic) 흡광 유기재료로 인해 특정 파장에 대해서 선택성을 가질 수 없기 때문에 색 간섭 형상이 발생할 수 있다.

그리고 상기 광활성층(300) 사이에 제1 중간층(200) 및 제2 중간층(400)을 배치시킴으로써 암전류의 억제 및 전하 운반자의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)는 층간절연막(70) 상에 상기 제1 중간층(200), 상기 광활성층(300) 및 제2 중간층(400)을 형성하여 전색성 광다이오드 구조체를 형성할 수 있다.

도 4 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)의 제조방법은 상기 제2 중간층(400) 상에 단위픽셀(P) 별로 제1 반사층(510)을 형성하는 단계, 상기 제1 반사층(510) 상에 단위픽셀(P) 별로 상이한 두께로 형성되는 광학 스페이서(550)를 형성하는 단계 및 상기 광학 스페이서(550) 상에 단위픽셀(P) 별로 제2 반사층(590)을 순차적으로 형성하여 제2 전극(500)을 형성하는 단계(S400)를 포함한다.

여기서 상기 제2 전극(500)을 형성하는 단계에 있어서, 동일한 두께로 형성되는 상기 광학 스페이서(550)가 배치되는 단위픽셀(P)들은 하나의 새도우 마스크로 상기 제1 반사층(510), 광학 스페이서(550) 및 제2 반사층(590)을 연속적으로 형성할 수 있다.

상기 상기 제2 전극(500)을 형성하는 단계에 대해 설명하기에 앞서, 용이한 설명을 위해 상기 단위픽셀(P)들이 배치된 영역을 수광 영역(light-interception, LI)으로 정의한다.

상기한 수광영역(LI)은 광학 스페이서(550)의 형성두께에 따라 제1 수광영역(LI-R), 제2 수광영역(LI-G) 및 제 3 수광영역(LI-B)으로 구획될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라 화이트 색상을 수광할 수 있는 제 4 수광영역을 배치시킬 수도 있다. 본 실시예에서는 제1 및 제2 수광영역 (LI-R, LI-G)을 도시하여 설명하기로 한다.

예를 들면, 상기 제2 전극(500)을 형성하는 단계는, 상기 광학 스페이서(550)가 제1 두께(d1)로 형성되는 단위픽셀(P)들은 제1 새도우 마스크로 상기 제1 반사층(510), 광학 스페이서(550) 및 제2 반사층(590)을 연속적으로 형성하고, 상기 광학 스페이서(550)가 제2 두께(d2)로 형성되는 단위픽셀(P)들은 제2 새도우 마스크로 제1 반사층(510), 광학 스페이서(550) 및 제2 반사층(590)을 연속적으로 형성하고, 상기 광학 스페이서(550)가 제3 두께(d3)로 형성되는 단위픽셀(P)들은 제3 새도우 마스크로 상기 제1 반사층(510), 광학 스페이서(550) 및 제2 반사층(590)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 제2 중간층(400) 상에 제2 전극부(500)를 형성하는 단계에 있어서, 상기 제2 전극부(500)의 제1 수광영역(LI-R)에 제2R 전극부(500R)를 형성하는 단계, 상기 제2 전극부(500)의 제2 수광영역(LI-G)에 제2G 전극부(500G)를 형성화는 단계, 및 제2 전극부(500)의 제3 수광영역(LI-B)에 제2B 전극부(500B)를 형성하는 단계를 순차적으로 실시할 수 있다.

여기서 상기 제1 반사층(510), 광학 스페이서(550) 및 제2 반사층(590)은 0.1 Å/s내지 0.6Å/s 범위의 증착시킬 수 있다.

그리고 제1 광학 스페이서(550R), 제2 광학 스페이서(550G) 및 제3 광학 스페이서(550B)을 포함하는 상기 광학 스페이서(550)는 80 내지 200nm범위 두께로 형성될 수 있다. 제1 광학 스페이서(550R), 제2 광학 스페이서(550G) 및 제3 광학 스페이서(550B)를 포함하는 상기 광학 스페이서(550)는 단위픽셀(P)마다 형성두께가 상이하게 형성될 수 있다.

이와 같이, 제1광학 스페이서(500R), 제2 광학 스페이서(550G) 및 제3 광학 스페이서(550B)의 서로 다른 형성 두께로 인해 제1 내지 제3 광학 스페이서(550R, 550G, 550B)들은 인접한 단위픽셀(P)에 배치된 광학 스페이서와 높이 단차가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은, 광활성층(300) 상에 특정 파장대에 대해서만 높은 투과율을 갖는 파장 선택성 제2 전극부(500)를 배치시킴으로써 이미지 센서(20)의 두께를 줄일 수 있으면서 파장 선택성 광감지 효율을 향상시킬 수 있고, 색간섭 현상을 저하시킬 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 광활성층의 흡광도 그래프 및 광다이오드 구조체의 검출능을 도시한 그래프고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 제2 전극부의 투과도 그래프이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 검출능을 도시한 그래프이다.

여기서 도 10 내지 도 12는 중복 설명을 회피하고 용이한 설명을 위해 도 1 내지 도 9를 인용하여 설명하기로 한다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서(20)는 광활성층(300)을 포함한다. 본 발며의 실시예에 따른 이미지 센서(20)의 광감지 효율을 비교하기 위해 먼저, 기준이 되는 광활성층(300)의 흡광도 및 광다이오드 구조체의 검출능을 측정하였다.

광활성층(300)은 전색성 재료로 가시광선 영역대인 450nm 내지 750nm에서 고룬 흡광도를 나타내는 것을 볼 수 있다. 그리고 광활성층(300) 상에 제1 중간층과 제2 중간층츨 배치시킨 광 다이오드를 구조를 제조하여 검출능을 측정한 결과 광활성층 단독으로 사용한 것보다 검출능 그래프 가시광선 영역에서 1.0××10¹³ Jones 이상의 높은 검출능을 가진 것을 볼 수 있다. 이는 광활성층(300) 상/하부에 배치된 제1, 2 중간층(200, 300)으로 인해 광전류가 증가한 것으로 판단할 수 있다.

도 11을 참조하면, 광학 시뮬레이션을 통해 고반사율 금속과 광학 스페이서(550)의 두께를 각각 최적화시키기 위해 제2 전극부(500)의 제1 반사층(510), 광학 스페이서(550) 및 제2 반사층(590)의 두께를 20nm, 140nm 및 20nm로 각각 형성하고, 제2 전극부(500)의 투과도를 측정하였다. 여기서 대표적으로 광학 스페이서(550)는 녹색 파장대인 140nm만을 기재한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 점선으로 도시된 시뮬레이션 결과는 적/녹/청색의 파장대에 대해서 80%를 상회하는 투과도가 측정되었다. 그리고, 상기한 시뮬레이션의 최적화된 결과를 기반으로 각 중심 파장에 대해 높은 파장 선택성 (반치폭 100 nm 미만) 및 높은 투과도 50%를 상회하는 제2 전극(500)을 형성할 수 있었다.

도 12를 참조하면, 상기한 제2 전극과 광활성층을 사용하여 본 발명의 실시예에 다른 이미지 센서의 검출능을 측정한 결과, 광활성층의 가시광선 영역에서 1.0××10¹³ Jones인 광활성층의 검출능과 비교하여 제2 전극부(500)를 구비한 이미지센서는 가시광 영역에서 2.5××10¹² Jones 이상의 검출능을 가진 것을 볼 수 있다.

다시 말해, 적/녹/청의 색상만 존재하는 가정하에서 가시광 영역대에서 하나의 색상만을 선택적으로 투과시키게 되면 적어도 1/3미만의 검출능이 측정되는 것으로 가정할 수 있다.

그러나 본 발명의 따른 실시예에 따른 이미지 센서(20)는 파장 선택성 전극인 제2 전극부(500)를 구비하고도 그 검출능이 1/3이상을 상회하는 것을 측정되어 제2 전극부(500)으로 인해 광감지 효율의 손실이 존재하지 않는 것을 볼 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 광활성층(300) 상에 특정 파장대에 대해서만 높은 투과율을 갖는 파장 선택성 제2 전극부(500)를 배치시킴으로써 이미지 센서(20)의 두께를 줄일 수 있으면서 파장 선택성 광감지 효율을 향상시킬 수 있고, 색간섭 현상을 저하시킬 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 유기 광다이오드
100: 제1 전극부
200: 제1 중간층
300: 광활성층
400: 제2 중간층
500: 제2 전극부
510: 제1반사층
590: 제2반사층
550: 광학 스페이서
LI-R: 제1 수광영역
LI-G: 제2 수광영역
LI-B: 제 3 수광영역

Claims

제1 전극부 상에 배치되는 제1 중간층;
상기 제1 중간층 상에 배치되는 광활성층;
상기 광활성층 상에 배치되는 제2 중간층; 및
상기 제2중간층 상에 배치되는 제2 전극부을 포함하고,
상기 제2 전극부는,
상기 제2 중간층 상에 배치되는 제1 반사층, 상기 제1반사층에 마주하는 방향에 배치되는 제2반사층 및 상기 제1 반사층과 제2 반사층의 이격 간격 사이에 배치되는 광학스페이서를 포함하며,
상기 광학스페이서의 형성두께에 따라 목표 파장을 상기 광활성층 방향으로 제공하는 것을 특징으로 하고,
외부광이 상기 제2 전극부를 통과하면서 목표 파장만 상기 광활성층 방향으로 제공되고, 상기 광활성층은 상기 제공된 목표 파장의 광을 전기에너지로 바꾸는 것을 특징으로 하는 유기 광다이오드.
제 1항에 있어서,
상기 제2 전극부는 단일 또는 복수로 배치되고, 상기 단일 제2 전극부는 120nm 내지 250 nm로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 광다이오드.
제 1항에 있어서,
상기 제1 반사층 및 제2 반사층은 금, 은, 알루미늄 및 이들을 혼합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 광다이오드.
제 1항에 있어서,
상기 제1 반사층 및 제2 반사층 각각은 10nm 내지 30 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 광다이오드.
제 1항에 있어서,
상기 광학 스페이서는 AgCl, LiF, NaCl, KCl 및 이들을 혼합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 광다이오드.
제 1항에 있어서,
상기 광학 스페이서는 80 내지 200nm범위 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 광다이오드.
제 1항에 있어서,
상기 광활성층은 전색성의 유기재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 광다이오드.
제 1항에 있어서,
상기 제1 중간층 및 상기 제2 중간층은 암전류 및 광전류 조절을 위해 ZnO, MoO₃, NiO, TiO₂ 및 이들의 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 광다이오드.
제 1항에 있어서,
상기 제1 중간층 및 상기 제2 중간층은 동일한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 광다이오드.
제 1항에 있어서,
상기 제1 중간층 및 상기 제2 중간층 각각은 20nm 내지 120nm범위의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 광다이오드.
단위픽셀을 포함하는 기판;
상기 기판의 단위픽셀에 배치된 금속배선을 포함하는 층간절연막;
상기 층간절연막 상에 상기 단위픽셀들에 각각 배치된 제1전극부, 상기 제1 전극부 상에 배치되는 제1 중간층, 상기 제1 중간층 상에 배치되는 광활성층, 상기 광활성층 상에 배치되는 제2 중간층 및 상기 제2중간층 상에 배치되는 제2 전극부가 상기 단위픽셀들에 각각 형성된 유기 광다이오드; 를 포함하고,
상기 제2 전극부는,
상기 제2 중간층 상에 배치되는 제1 반사층, 상기 제1반사층에 마주하는 방향에 배치되는 제2반사층 및 상기 제1 반사층과 제2 반사층의 이격 간격 사이에 배치되는 광학 스페이서를 포함하며,
상기 단위픽셀 별로 상이하게 형성된 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 목표 파장을 상기 광활성층 방향으로 제공하고,
외부광이 상기 제2 전극부를 통과하면서 목표 파장만 상기 광활성층 방향으로 제공되고, 상기 광활성층은 상기 제공된 목표 파장의 광을 전기에너지로 바꾸는 것을 특징으로 하고,
상기 단위픽셀 별로 상기 광학 스페이서의 형성두께가 상이하게 배치된 상기 유기 광다이오드는, 인접한 단위픽셀에 배치된 유기 광다이오드와 높이 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 11항에 있어서,
상기 제2 전극부는 단일 또는 복수로 배치되고, 상기 단일 제2 전극부는 120nm 내지 250 nm로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 11항에 있어서,
상기 제1 반사층 및 제2 반사층은 금, 은, 알루미늄 및 이들을 혼합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 11항에 있어서,
상기 제1 반사층 및 제2 반사층은 10nm 내지 30 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 11항에 있어서,
상기 광학 스페이서는 AgCl, LiF, NaCl, KCl 및 이들을 혼합한 혼합물 중 선택되는 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 11항에 있어서,
상기 광학 스페이서는 80 내지 200nm범위 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 11항에 있어서,
상기 단위픽셀들에 각각 배치된 상기 유기 광다이오드는,
상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제1 유기 광다이오드가 배치된 제1 수광영역, 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제2 유기 광다이오드가 배치된 제2 수광영역 및 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제3 유기 광다이오드가 배치된 제3 수광영역으로 구획된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 17항에 있어서,
상기 제1 내지 3 수광영역에서 상기 단위픽셀 별로 배치된 상기 광활성층 및 상기 제2 중간층은 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 17항에 있어서,
상기 제1 수광영역에는 제1 두께로 형성된 제1광학 스페이서가 구비된 제2R 전극부가 배치되고,
상기 제2 수광영역에는 제2 두께로 형성된 제2광학 스페이서가 구비된 제2G 전극부가 배치될 수 있고,
상기 제3 수광영역에는 제3 두께로 형성된 제3광학 스페이서가 구비된 제2B 전극부가 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 19항에 있어서,
상기 제1 수광영역 상에서 상기 제1 광학스페이서는 160 내지 170nm 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 19항에 있어서,
상기 제2 수광영역 상에서 상기 제2 광학 스페이서는 140 내지 150nm 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
제 19항에 있어서,
상기 제3 수광영역 상에서 상기 제3 광학 스페이서는 100 내지 110nm 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
청구항 제 1항을 포함하는 것을 특징으로 하는 광검출기.
청구항 제 1항을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
기판 상에 단위픽셀 별로 형성된 금속배선을 포함하는 층간절연막을 형성하는 단계;
상기 층간절연막 상에 단위픽셀 별로 형성되는 제1 전극부를 형성하는 단계;
상기 제1 전극부를 포함하는 층간 절연막 상에 제1 중간층을 형성하고, 상기 제1 중간층 상에 광활성층을 형성하고, 상기 광활성층 상에 제2 중간층을 순차적으로 형성하는 단계; 및
상기 제2 중간층 상에 단위픽셀 별로 제1 반사층을 형성하는 단계, 상기 제1 반사층 상에 단위픽셀 별로 상이한 두께로 형성되는 광학 스페이서를 형성하는 단계 및 상기 광학 스페이서 상에 단위픽셀 별로 제2 반사층을 순차적으로 형성하여 제2 전극부를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제2 전극부를 형성하는 단계는,
상기 광학 스페이서가 동일한 두께로 형성되는 단위픽셀들은 하나의 새도우 마스크로 상기 제1 반사층, 광학 스페이서 및 제2 반사층을 연속적으로 형성하는 것을 특징으로 하고,
외부광이 상기 제2 전극부를 통과하면서 목표 파장만 상기 광활성층 방향으로 제공되고, 상기 광활성층은 상기 제공된 목표 파장의 광을 전기에너지로 바꾸는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
제 25항에 있어서,
상기 제2 전극부를 형성하는 단계는,
상기 광학 스페이서가 제1 두께로 형성되는 단위픽셀들은 제1 새도우 마스크로 상기 제1 반사층, 광학 스페이서 및 제2 반사층을 형성하고,
상기 광학 스페이서가 제2 두께로 형성되는 단위픽셀들은 제2 새도우 마스크로 상기 제1 반사층, 광학 스페이서 및 제2 반사층을 형성하고,
상기 광학 스페이서가 제3 두께로 형성되는 단위픽셀들은 제3 새도우 마스크로 상기 제1 반사층, 광학 스페이서 및 제2 반사층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
제 25항에 있어서,
상기 층간절연막 상에 단위픽셀 별로 형성되는 제1 전극부를 형성하는 단계 에 있어서,
상기 층간절연막 상에 상기 금속배선을 노출시키고 상기 노출된 금속배선 상에 상기 제1 전극부를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
제 25항에 있어서,
상기 제1 전극부를 포함하는 층간 절연막 상에 제1 중간층을 형성하는 단계는,
상기 제1 중간층의 상부면이 평탄면으로 형성되도록 상기 제1 전극부를 커버하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
제 25항에 있어서,
상기 제1 전극부를 포함하는 층간 절연막 상에 제1 중간층을 형성하고, 상기 제1중간층 상에 광활성층을 형성하고, 상기 광활성층 상에 제2 중간층을 순차적으로 형성하는 단계에 있어서,
상기 광활성층 및 제2 중간층은 상기 기판의 전면(whole surface)에 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
제 25항에 있어서,
상기 단위픽셀들에 각각 배치된 상기 제2 전극부는,
상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제1 광학 스페이서가 배치된 제1 수광영역, 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제2 광학 스페이서가 배치된 제2 수광영역 및 상기 광학 스페이서의 형성두께에 따라 제3 광학 스페이서가 배치된 제3 수광영역으로 구획된 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
제 30항에 있어서,
상기 제2 중간층 상에 제2 전극부를 형성하는 단계에 있어서,
상기 제2 전극부의 제1 수광영역에 제2R 전극부를 형성하는 단계,
상기 제2 전극부의 제2 수광영역에 제2G 전극부를 형성화는 단계, 및
상기 제2 전극부의 제3 수광영역에 제2B 전극부를 형성하는 단계를 순차적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
제 30항에 있어서,
상기 단위픽셀 별로 형성두께가 상이하게 배치된 상기 광학 스페이서는, 인접한 단위픽셀에 배치된 상기 광학 스페이서와 높이 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
제 25항에 있어서,
상기 제1 반사층, 광학 스페이서 및 제2 반사층은 0.1 Å/s내지 0.6Å/s 범위로 증착되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.