KR102270928B1 - 광 센서 - Google Patents
광 센서 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102270928B1 KR102270928B1 KR1020180152194A KR20180152194A KR102270928B1 KR 102270928 B1 KR102270928 B1 KR 102270928B1 KR 1020180152194 A KR1020180152194 A KR 1020180152194A KR 20180152194 A KR20180152194 A KR 20180152194A KR 102270928 B1 KR102270928 B1 KR 102270928B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- material layer
- dimensional material
- dimensional
- layer
- substrate
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 232
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 67
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 38
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 claims description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 189
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 24
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 24
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 229910003090 WSe2 Inorganic materials 0.000 description 9
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- -1 regions Substances 0.000 description 5
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 5
- JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dizinc;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].[Zn+2].[Zn+2] JAONJTDQXUSBGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005898 GeSn Inorganic materials 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052798 chalcogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001787 chalcogens Chemical class 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N stibanylidynetin;hydrate Chemical compound O.[Sn].[Sb] SKRWFPLZQAAQSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 1
- 229910019897 RuOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 1
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N gallium tin Chemical compound [Ga].[Sn] YZZNJYQZJKSEER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N indium;oxozinc;tin Chemical compound [In].[Sn].[Zn]=O HRHKULZDDYWVBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- VRIVJOXICYMTAG-IYEMJOQQSA-L iron(ii) gluconate Chemical compound [Fe+2].OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O.OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O VRIVJOXICYMTAG-IYEMJOQQSA-L 0.000 description 1
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006250 one-dimensional material Substances 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052713 technetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01L31/08—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/11—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by two potential barriers, e.g. bipolar phototransistors
- H01L31/1105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by two potential barriers, e.g. bipolar phototransistors the device being a bipolar phototransistor
-
- 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따르면, 기판과, 기판 상에 형성된 제1 삼차원 물질층과, 제1 삼차원 물질층 상에 형성된 제1 이차원 물질층과, 제1 이차원 물질층 상에 형성된 제1 전극, 및 기판 상에 형성되되, 제1 삼차원 물질층 및 제1 이차원 물질층과 이격되는 제2 전극을 포함하는, 광 센서가 개시된다.
Description
본 발명의 기술적 사상은 광 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차원 물질과 삼차원 물질의 이종접합을 이용한 광 센서에 관한 것이다.
광 센서는 인간의 눈으로 감지할 수 있는 가시광을 비롯하여 자외선, 적외선 등의 광 에너지를 전기신호로 변환하여 검출하는 디바이스로, 광전효과의 동작원리에 근간을 두고 있다. 이러한 광 센서는 주로 감응하는 광 파장 영역에 따라 응용분야가 구분된다. 가시광(visible) 영역의 광 센서는 주로 이미지를 얻기 위한 목적으로 모바일 기기 및 디지털 카메라의 이미지 센서 등에 적용되고, 적외선(infrared) 영역의 광 센서는 바이오, 생체신호 및 보안 분야에 응용되며, 자외선(ultraviolet) 영역의 광 센서는 화재 및 환경안전 분야에 주로 적용된다.
최근 새로운 컨셉과 다양한 기능이 접목된 광 센서에 대한 니즈가 증가함에 따라서 이와 관련된 연구 또한 지속적으로 증가 추세에 있다. 특히, 드론, 로봇 및 자율주행 자동차 기술의 등장으로 인해 다양한 센서 기술의 필요성이 증가했을 뿐만 아니라, 주야간 무인 이동체의 안정적인 운행을 위하여 서로 다른 광 파장 영역 또는 상호 보완적인 효과를 적용한 광 센서 기술의 필요성이 대두되고 있다.
이를 위하여 유기물 반도체, 무기 화합물 반도체, 그리고 최근 활발한 연구가 이루어지고 있는 저차원 계열 반도체 물질에 이르기까지 새로운 물질을 기반으로 하여 높은 광 감도, 신뢰성, 빠른 속도 특성을 갖는 광 센서에 대한 연구가 이루어지고 있는 추세이다. 또한, 새로운 물질뿐만 아니라 소자 구조 측면에서 pn 접합구조 외에 쇼트키 접합구조, 이종 접합구조 그리고 나아가 포토 토랜지스터 등의 다양한 구조를 활용하는 방안에 대한 연구개발도 이루어지고 있다.
그러나, 현재 다양한 파장을 검출하기 위한 광 센서의 경우, 가시광, 적외선 등 용도에 따라 다수의 개별 센서를 통합하여 구성하는 방식으로 구현하고 있어, 경량화 및 소형화에 한계가 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 광 센서가 이루고자 하는 기술적 과제는, 현재 기술들이 가지는 낮은 신뢰성, 안정성 및 반응 속도를 극복할 수 있고, 광대역 고감도를 가질 뿐 아니라 감응 파장 대역의 선택이 가능하며, 제조 비용의 저감과 경량화 및 소형화가 가능한 광 센서를 구현하는데 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 광 센서가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따르면, 기판; 상기 기판 상에 형성된 제1 삼차원 물질층; 상기 제1 삼차원 물질층 상에 형성된 제1 이차원 물질층; 상기 제1 이차원 물질층 상에 형성된 제1 전극; 및 상기 기판 상에 형성되되, 상기 제1 삼차원 물질층 및 상기 제1 이차원 물질층과 이격되는 제2 전극;을 포함하는, 광 센서가 개시된다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 기판, 상기 제1 삼차원 물질층 및 상기 제1 이차원 물질층은, 가시광선 영역 및 적외선 영역의 광에 반응하는 제1 적층 구조를 이룰 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 삼차원 물질층은, 적외선 영역의 광에 반응할 수 있고, 상기 제1 이차원 물질층은, 가시광선 영역의 광에 반응할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 기판 및 상기 제1 이차원 물질층의 도전형은 n형일 수 있고, 상기 제1 삼차원 물질층의 도전형은 p형일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 기판은, IV족 반도체 물질을 포함할 수 있고, 상기 제1 삼차원 물질층은, IV족 반도체 물질, IV-IV족 화합물 반도체 물질 및 III-V족 화합물 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 제1 이차원 물질층은, 금속 칼코게나이드계 물질, 탄소 함유 물질 및 산화물 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 광 센서는, 상기 제1 삼차원 물질층과 상기 제1 이차원 물질층 사이에 개재되는 배리어층을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 기판, 상기 제1 삼차원 물질층, 상기 배리어층 및 상기 제1 이차원 물질층은, 적외선 영역의 광에 반응하는 제2 적층 구조를 이룰 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 광 센서는, 상기 제1 이차원 물질층 상에 형성되되, 상기 제1 전극과 이격되는 제2 이차원 물질층; 상기 제2 이차원 물질층 상에 형성된 제2 삼차원 물질층; 및 상기 제2 삼차원 물질층 상에 형성된 제3 전극;을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 기판, 상기 제1 삼차원 물질층, 상기 배리어층 및 상기 제1 이차원 물질층은, 적외선 영역의 광에 반응하는 제3 적층 구조를 이룰 수 있고, 상기 제1 이차원 물질층, 상기 제2 이차원 물질층 및 상기 제2 삼차원 물질층은, 가시광선 영역의 광에 반응하는 제4 적층 구조를 이룰 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제2 이차원 물질층의 도전형은 p형일 수 있고, 상기 제2 삼차원 물질층의 도전형은 n형일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 상기 제2 이차원 물질층은, 금속 칼코게나이드계 물질, 탄소 함유 물질 및 산화물 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 제2 삼차원 물질층은, IV족 반도체 물질, IV-IV족 화합물 반도체 물질, III-V족 화합물 반도체 물질 및 투명 전도성 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 광 센서는, 이차원 물질(two-dimensional material)과 삼차원 물질(three-dimensional material)이 이종접합(heterojunction)을 이루도록 수직 적층된 포토 트랜지스터 구조를 가짐으로써, 삼차원 물질 또는 이차원 물질로 이루어진 베이스(base) 영역에서 생성된 신호의 증폭을 통해 높은 감응도와 빠른 응답속도를 구현할 수 있고, 물질들의 확장에 따라 광대역, 예컨대 400 내지 1,600nm 파장 대역은 물론 2,000 내지 3,000nm 파장 대역의 광 검출이 가능할 뿐만 아니라 가시광과 적외선을 선택적으로 분리, 검출 가능하고, 제조 비용의 저감과 소형화, 경량화가 가능한 효과가 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 광 센서가 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 광 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 광 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 광 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 광 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다.
도 3a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예에 따른 광 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 광 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 광 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 광 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 광 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 광 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다.
도 3a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예에 따른 광 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 광 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 예시적인 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것으로, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들, 부위 및/또는 구성 요소들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역, 부위, 또는 구성 요소를 다른 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역, 부위 또는 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명의 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것이다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부한 도면에 있어서, 예를 들어, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들어, 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
여기에서 사용된 '및/또는' 용어는 언급된 부재들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 광 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 광 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다.
도 1a를 참조하면, 광 센서(100)는 기판(110), 제1 삼차원 물질층(120), 제1 이차원 물질층(130), 제1 및 제2 전극(E1, E2)을 포함할 수 있다. 여기서, 광 센서(100)는 수직형 광 트랜지스터로 동작할 수 있으며, z방향을 따라 순차 적층되어 제1 적층 구조(S1)를 형성하는 기판(110), 제1 삼차원 물질층(120) 및 제1 이차원 물질층(130)은 각각 상기 수직형 광 트랜지스터의 콜렉터, 베이스, 이미터에 상응할 수 있다.
기판(110)은 반도체 물질, 예를 들어, Ge와 같은 IV족 반도체 물질, GeSn과 같은 IV-IV족 화합물 반도체 등을 포함하는 기판일 수 있다. 그리고 기판(110)은 n형의 도전형을 가질 수 있다.
그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(110)을 이루는 물질과 도전형은, 기판(110) 상부에 순차 적층되는 제1 삼차원 물질층(120), 제2 이차원 물질층(130) 각각을 이루는 물질과 이들의 도전형에 따라 달라질 수 있다.
기판(110) 상에는 기판(110)의 상면의 일부를 덮도록 제1 삼차원 물질층(120)이 형성된다.
제1 삼차원 물질층(120)은 소정의 파장 영역의 광에 반응, 상세하게는 소정의 파장 영역의 광을 흡수하여 광 전류를 발생시킬 수 있으며, 결정구조의 차원수가 삼차원인 반도체 물질로 이루어 질 수 있다. 그리고, 제1 삼차원 물질층(120)은 p형의 도전형을 가질 수 있다.
실시예에 따라, 제1 삼차원 물질층(120)은 적외선 영역의 광에 반응할 수 있으며, 결정구조가 삼차원인 Ge 등의 IV족 반도체 물질, GeSn 등의 IV-IV족 화합물 반도체 물질, InGaAs, InP 등의 III-V족 화합물 반도체 물질들을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
제1 삼차원 물질층(120)을 이루는 물질과 도전형도 기판(110)과 제1 이차원 물질층(130) 각각을 이루는 물질과 도전형에 따라 달라질 수 있다.
제1 삼차원 물질층(120)은 z방향에 수직한 단면이 사각 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 삼차원 물질층(120)은 z방향에 수직한 단면의 형상이 원형, 타원형, 다각형, 불규칙한 곡률을 지닌 형태 등 제한없이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
제1 삼차원 물질층(120)은, 예를 들어, 수 내지 수십 nm 정도의 두께로 형성될 수 있다. 그러나, 제1 삼차원 물질층(120)의 두께는 수 내지 수십 nm의 범위로 한정되지 않으며, 원하는 파장 대역의 광흡수 요구와 캐리어 이동도 등을 만족하는 범위 내에서 달라질 수 있다.
제1 삼차원 물질층(120) 상에는 제1 삼차원 물질층(120)의 상면의 적어도 일부를 덮고 제1 삼차원 물질층(120)과 이종접합을 이루도록 제1 이차원 물질층(130)이 형성된다.
제1 이차원 물질층(130)은 소정의 파장 영역의 광에 반응, 상세하게는 소정의 파장 영역의 광을 흡수하여 광 전류를 발생시킬 수 있으며, 결정구조의 차원수가 이차원인 물질로 이루어진 단층(single layer) 또는 반층(half-layer)의 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 제1 이차원 물질층(130)은 n형의 도전형을 가질 수 있다.
실시예에 따라, 제1 이차원 물질층(130)은 가시광선 영역의 광에 반응할 수 있으며, 금속 칼코게나이드계 물질(metal chalcogenide based material), 탄소 함유 물질, 산화물 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속 칼코게나이드계 물질은, 전이 금속(transition metal)과 칼코겐(chalcogen) 물질을 포함하는 TMDC(transition metal dichalcogenide) 물질일 수 있다. 상기 전이 금속은 Mo, W, Nb, V, Ta, Ti, Zr, Hf, Tc, Re 중 적어도 하나일 수 있으며, 상기 칼코겐 물질은 S, Se, Te 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 금속 칼코게나이드계 물질은, 비전이 금속(non-transition metal)을 포함하는 금속 칼코게나이드 물질을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기 비전이금속은, 예를 들어, Ga, In, Sn, Ge, Pb 등일 수 있다.
상기 탄소 함유 물질은 그래핀(graphene)과 같은 탄소 함유 물질일 수 있으며, 제1 이차원 물질층(130)이 그래핀을 포함하는 경우 그래핀은 적어도 하나 이상이 포함될 수 있다.
상기 산화물 반도체 물질은, Ga 산화물 반도체, Zn 산화물 반도체, 또는 In 산화물 반도체를 포함하는 물질일 수 있다.
제1 이차원 물질층(130)을 이루는 물질과 도전형도, 기판(110)과 제1 이차원 물질층(120) 각각을 이루는 물질과 도전형에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
제1 이차원 물질층(130)은 제1 삼차원 물질층(120)과 같이 z방향에 수직한 단면이 사각 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 이차원 물질층(130)은 z방향에 수직한 단면의 형상이 제1 삼차원 물질층(120)과 상이한 형상을 가질 수 있으며, 원형, 타원형, 다각형, 불규칙한 곡률을 지닌 형태 등 제한없이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
제1 이차원 물질층(130)은, 예를 들어, 수 내지 수십 nm 정도의 두께로 형성될 수 있다. 그러나, 제1 이차원 물질층(130)의 두께는 수 내지 수십 nm의 범위로 한정되지 않으며, 원하는 파장 대역의 광흡수 요구와 캐리어 이동도 등을 만족하는 범위 내에서 달라질 수 있다.
제1 이차원 물질층(130) 상에는 제1 전극(E1)이 형성되고, 기판(110) 상에서 제1 삼차원 물질층(120) 및 제1 이차원 물질층(130)과 소정 간격을 두고 이격되도록 제2 전극(E2)이 형성되며, 제1 및 제2 전극(E1, E2)은 제1 적층 구조(S1)에서 발생된 광 전류를 검출할 수 있도록 한다.
제1 및 제2 전극(E1, E2)은, 전도성 물질, 예를 들어, 금속이나 전도성 산화물 등으로 이루어질 수 있다. 상세하게는, 제1 및 제2 전극(E1, E2)은 Ti, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W, Ni, Ta 또는 Cu와 같은 금속, 합금 또는 IZO(InZnO) 또는 AZO(AlZnO)와 같은 전도성 산화물 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 및 제2 전극(E1, E2)은 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
도 1a에서는 제1 및 제2 전극(E1, E2)이 각각 x 방향으로 소정의 폭을 갖되 y 방향을 따라 연장되는 형상을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 전극(E1, E2)의 형상, 배치 위치 등은 달라질 수 있다.
이와 같이, 광 센서(100)는 삼차원 물질과 이차원 물질의 이종접합을 기반으로 하는 수직형 광 트랜지스터로 형성됨에 따라, 수평형 광 트랜지스터 대비 높은 반응성과 응답 속도의 구현이 가능하다.
또한, 광 센서(100)는 적외선 영역의 광이 입사되면 제1 적층 구조(S1)에서 제1 삼차원 물질층(120)이 광 전류를 발생시키고, 가시광선 영역의 광이 입사되면 제1 적층 구조(S1)에서 제1 이차원 물질층(130)이 광 전류를 발생시켜, 가시광선 영역으로부터 적외선 영역까지 광대역의 광을 검출할 수 있어, 다양한 응용분야에 활용 가능하며, 광 파장 영역 별로 센서들을 제조한 후 통합하는 형태로 제조하지 않아, 제조 비용의 절감은 물론 소형화, 경량화가 가능하다.
도 1b를 참조하여 광 센서(100)의 제조 방법을 설명한다. 도 1b를 설명함에 있어서, 기판(110)은 n+-Ge 기판이고, 제1 삼차원 물질층(120)은 p-Ge로 이루어지고, 제1 이차원 물질층(130)은 진성(intrinsic) MoS2 또는 n-MoS2로 이루어지는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 1b의 (a)를 참조하면, n+-Ge 기판(110) 상에 예비 p-Ge 층(p120)을 형성한다.
n+-Ge 기판(110) 상부에 p형 도펀트를 확산시켜 예비 p-Ge 층을 형성하는 경우에는, n+-Ge 기판(110) 내부로 p형 도펀트를 확산시키기 어려운 문제점이 있다.
이에 따라, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정 등을 이용하여 n+-Ge 기판(110) 상에 예비 p-Ge 층(p120)을 형성한다.
도 1b의 (b)를 참조하면, 기계적 박리 공정을 이용하여 플레이크의 형태로 예비 p-Ge 층(p120) 상에 예비 MoS2 층(p130)을 형성하거나, 스퍼터링(sputtering), CVD 공정 등을 이용하여 박막 형태로 예비 p-Ge 층(p120) 상에 예비 MoS2 층(p130)을 형성한다.
도 1b의 (c)를 참조하면, 예비 MoS2 층(p130) 상에 마스크층을 형성한 후 패터닝하고, 패터닝된 상기 마스크층을 식각 마스크로 이용하여 예비 p-Ge 층(p120), 예비 MoS2 층(p130)의 일부를 식각한 후 잔존하는 마스크층을 제거함으로써, 기판(110)의 상면의 일부를 노출 시키고, 기판(110), p-Ge 층(120), MoS2 층(130)을 구비하는 제1 적층 구조(S1)를 정의한다.
도 1b의 (d)를 참조하면, 제1 적층 구조(S1)의 상면, 다시 말해, MoS2 층(130)의 상면과 노출된 기판(110)의 상면의 일부에 각각 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)을 형성한다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예에 따른 광 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 광 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다. 도 2a 및 도 2b를 설명함에 있어서, 도 1a 및 도 1b에서와 동일하거나 상응하는 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 이하에서는 설명의 간략화를 위하여 중복 설명은 생략하고 차이점 위주로 설명한다.
도 2a를 참조하면, 광 센서(200)는 기판(210), 제1 삼차원 물질층(220), 배리어층(BL), 제1 이차원 물질층(230), 제1 및 제2 전극(E1, E2)을 포함할 수 있다. 광 센서(200)도 광 센서(100)와 유사하게 수직형 광 트랜지스터로 동작할 수 있으며, 기판(210), 제1 삼차원 물질층(220), 배리어층(BL) 및 제1 이차원 물질층(230)이 z방향을 따라 순차 적층되어 제2 적층 구조(S2)를 형성한다.
도 1a를 참조하여 설명한 광 센서(100)와 비교할 때, 광 센서(200)는 제1 삼차원 물질층(220)과 제1 이차원 물질층(230) 사이에 배리어층(BL)이 개재된다.
배리어층(BL)은 제1 삼차원 물질층(220), 제1 이차원 물질층(230) 보다 큰 밴드갭을 갖는 물질, 예를 들어, TiO2 등과 같은 금속 산화물, 산화물, 질화물, 산질화물 등의 절연물질을 포함할 수 있다. 배리어층(BL)은 수 nm의 두께로 형성될 수 있다.
배리어층(BL)은, 광 센서(200)로 가시광선 영역의 광이 입사되는 경우, 제1 이차원 물질층(230)에서 생성된 홀이 제1 삼차원 물질층(220)으로 유입, 즉 터널링되는 것을 차단한다.
이에 따라, 광 센서(200)는 적외선 영역의 광에만 선택적으로 반응하게 되며, 이러한 터널링 배리어의 추가 만으로 광대역 광 센서를 특정 파장 대역에만 감응하는 광 센서로 응용할 수 있게 된다.
도 2b를 참조하여 광 센서(200)의 제조 방법을 설명한다. 도 2b를 설명함에 있어서, 기판(210)은 n+-Ge 기판이고, 제1 삼차원 물질층(220)은 p-Ge로 이루어지고, 제1 이차원 물질층(230)은 진성(intrinsic) MoS2 또는 n-MoS2로 이루어지는 경우를 예로 들어 설명한다.
광 센서(200)는 도 1b를 참조하여 설명한 광 센서(100)의 제조 방법과 비교할 때, n+-Ge 기판(210) 상에 예비 p-Ge 층(p220)을 형성한 후 예비 MoS2 층(p230)을 형성하기에 앞서서, 예비 p-Ge 층(p220) 상에 예비 배리어층(pBL)을 형성하는 단계가 더 추가된다(도 2b의 (b) 참조).
예비 배리어층(pBL)은 CVD, PVD 등의 공정을 이용하여 형성할 수 있으며, 예비 배리어층(pBL)은 상부에 예비 MoS2 층(p230)이 형성된 후 식각 공정에 의해 예비 p-Ge 층(p220), 예비 MoS2 층(p230)과 함께 일부가 식각되어 배리어층(BL)으로 정의되어, 기판(210), p-Ge 층(220), MoS2 층(230)과 함께 제2 적층 구조(S2)를 형성한다(도 2b의 (d) 참조).
도 3a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시예에 따른 광 센서를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 광 센서의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 사시도들이다. 도 3a 및 도 3b를 설명함에 있어서, 도 1a 내지 도 2b에서와 동일하거나 상응하는 참조 부호는 동일 부재를 나타내며, 이하에서는 설명의 간략화를 위하여 중복 설명은 생략하고 차이점 위주로 설명한다.
도 3a를 참조하면, 광 센서(300)는 기판(310), 제1 삼차원 물질층(320), 배리어층(BL), 제1 이차원 물질층(330), 제2 이차원 물질층(340), 제2 삼차원 물질층(350), 제1 내지 제3 전극(E1 내지 E3)을 포함할 수 있다.
광 센서(300)도 광 센서(200)와 유사하게 수직형 광 트랜지스터로 동작할 수 있다. 다만, 광 센서(300)는 광 센서(200)에 비해 추가적인 이차원-삼차원 이종접합 구조, 더 자세히는, 제1 이차원 물질층(330) 상에서 순차 적층된 제2 이차원 물질층(340)과 제2 삼차원 물질층(350)을 더 포함한다.
다시 말해, 광 센서(300)는, 기판(310), 제1 삼차원 물질층(320), 배리어층(BL) 및 제1 이차원 물질층(330)이 z방향을 따라 순차 적층되어 형성되되 적외선 영역의 광에만 반응하는 제3 적층 구조(S3)와, 제1 이차원 물질층(330), 제2 이차원 물질층(340), 제2 삼차원 물질층(350)이 z방향을 따라 순차 적층되어 형성되되 가시광선 영역의 광에만 반응하는 제4 적층 구조(S4)가 스택된 구조를 가질 수 있다.
이러한 스택 구조에서 제1 내지 제3 전극(E1 내지 E3)을 통해 제3 적층 구조(S3)와 제4 적층 구조(S4)의 동작 영역을 결정하게 되면, 광대역에서 특정 파장 대역의 광만을 선택적으로 검출할 수 있게 된다.
제3 적층 구조(S3)는 도 2a를 참조하여 설명한 제2 적층 구조(S2)와 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 제4 적층 구조(S4)에 대해 더 상세히 설명한다.
제1 이차원 물질층(330) 상에는 제1 이차원 물질층(330)의 상면의 일부를 덮는 제2 이차원 물질층(340)이 형성된다.
제2 이차원 물질층(340)은, 가시광선 영역의 파장에 반응하는 이차원 물질로서 금속 칼코게나이드계 물질, 탄소 함유 물질, 산화물 반도체 물질 등으로 이루어지나, 제1 이차원 물질층(330)과는 달리 p형의 도전형을 가질 수 있다.
제2 이차원 물질층(340)은 제1 이차원 물질층(330)과 같이 z방향에 수직한 단면이 사각 형상을 갖도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 제2 이차원 물질층(340)은, 예를 들어, 수 내지 수십 nm 정도의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 이차원 물질층(340) 상에는 제2 이차원 물질층(340)의 상면의 적어도 일부를 덮는 제2 삼차원 물질층(350)이 형성되어 있다.
제2 삼차원 물질층(350)은, 예를 들어, 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO)로 이루어질 수 있다. 상기 TCO는, 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Pt, Ag 중 적어도 하나일 수 있다.
그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 삼차원 물질층(350)은, 제1 삼차원 물질층(320)과 유사하게 IV족 반도체 물질, IV-IV족 화합물 반도체 물질, III-V족 화합물 반도체 물질 등으로 이루어질 수도 있다.
제2 삼차원 물질층(350)은 제2 이차원 물질층(340)과 같이 z방향에 수직한 단면이 사각 형상을 갖도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 제2 삼차원 물질층(350)은, 예를 들어, 수 내지 수십 nm 정도의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 삼차원 물질층(350) 상에는 제3 전극(E3)이 형성되어 있으며, 제1 전극(E1)과 함께 제4 적층 구조(S4)에서 발생된 광 전류를 검출할 수 있도록 한다.
이와 같이, 광 센서(300)는 적외선 영역의 광과 가시선 영역의 광을 검출 가능한 적층 구조들이 스택되어 단일의 수직형 광 트랜지스터로 형성됨에 따라, 높은 반응성과 응답 속도의 구현이 가능함은 물론, 가시광선 영역으로부터 적외선 영역까지 광대역의 광을 검출할 수 있으면서도 응용분야, 사용환경에 따라 특정 파장 대역의 광만을 선택적으로 검출하는데 활용 가능하다.
또한, 광 센서(300)는 파장 대역 별 개별 센서들을 별도 제작하여 통합하는 기존의 광 센서들 대비 제조 비용의 저감과 경박, 단소화가 가능하다는 장점도 있다.
도 3b를 참조하여 광 센서(300)의 제조 방법을 설명한다. 도 3b를 설명함에 있어서, 기판(310)은 n+-Ge 기판이고, 제1 삼차원 물질층(320)은 p-Ge로 이루어지고, 제1 이차원 물질층(330)은 진성(intrinsic) MoS2 또는 n-MoS2로 이루어지고, 제2 이차원 물질층(340)은 진성 WSe2 또는 p-WSe2로 이루어지고, 제2 삼차원 물질층(350)은 TCO로 이루어지는 경우를 예로 들어 설명한다.
광 센서(300)는 도 2b를 참조하여 설명한 광 센서(100)의 제조 방법과 비교할 때, 예비 MoS2 층(p330)을 형성 한 후 전극들을 형성하기에 앞서서, 예비 WSe2 층(p340), 예비 TCO 층(p350)을 형성하는 단계가 더 추가된다(도 3b의 (d), (e) 참조).
도 3b의 (d)를 참조하면, 예비 WSe2 층(p340)은 기계적 박리 공정을 이용하여 플레이크 형태로 예비 MoS2 층(p330) 상에 형성하거나, 스퍼터링, CVD 공정 등을 이용하여 박막 형태로 예비 MoS2 층(p330) 상에 형성할 수 있다.
도 3b의 (e)를 참조하면, 예비 TCO 층(p350)은 스퍼터링, CVD, e-beam 증착 공정 등을 통해 예비 WSe2 층(p340) 상에 직접 형성할 수 있다.
그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 예비 TCO 층(p350)을 별도의 성장 기판 상에서 성장시킨 후 PDMS 소프트 몰드를 통해 예비 WSe2 층(p340) 상으로 트랜스퍼링 할 수도 있다.
도 3b의 (f)를 참조하면, 식각 공정을 통해, 예비 p-Ge 층(p320), 예비 배리어층(pBL), 예비 MoS2 층(p330), 예비 WSe2 층(p340) 및 예비 TCO 층(p350)을 일부 제거하여 기판(310)의 상면의 일부를 노출시키고, 예비 WSe2 층(p340) 및 예비 TCO 층(p350)의 다른 일부를 제거하여 예비 MoS2 층(p330)의 상면의 일부를 노출시킨다.
이에 따라, 기판(310), p-Ge 층(320), 배리어층(BL), MoS2 층(330)을 구비하는 제3 적층 구조(S3)와, MoS2 층(330), WSe2 층(340), TCO 층(350)을 구비하는 제4 적층 구조(S4)가 정의된다.
도 3b의 (g)를 참조하면, 노출된 MoS2 층(330) 상에 제1 전극(E1)을 형성하고, 노출된 기판(310) 상에 제2 전극(E2)을 형성하며, TCO 층(350) 상에 제3 전극(E3)을 형성한다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200, 300: 광 센서
110, 210, 310: 기판
120, 220, 320, 350: 삼차원 물질층
130, 230, 330, 340: 이차원 물질층
BL: 배리어층
E1, E2, E3: 전극
110, 210, 310: 기판
120, 220, 320, 350: 삼차원 물질층
130, 230, 330, 340: 이차원 물질층
BL: 배리어층
E1, E2, E3: 전극
Claims (11)
- 기판;
상기 기판 상에 형성되고, 삼차원 결정구조 반도체를 포함하는 제1 삼차원 물질층;
상기 제1 삼차원 물질층 상에 형성되고, 이차원 결정구조 물질을 포함하는 제1 이차원 물질층;
상기 제1 이차원 물질층 상에 형성된 제1 전극; 및
상기 기판 상에 형성되되, 상기 제1 삼차원 물질층 및 상기 제1 이차원 물질층과 이격되는 제2 전극;
을 포함하고,
상기 제1 삼차원 물질층은 상기 기판과 서로 다른 도전형을 갖고,
상기 제1 이차원 물질층은 상기 기판과 동일한 도전형을 갖는, 광 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 기판, 상기 제1 삼차원 물질층 및 상기 제1 이차원 물질층은, 가시광선 영역 및 적외선 영역의 광에 반응하는 제1 적층 구조를 이루는, 광 센서.
- 제2 항에 있어서,
상기 제1 삼차원 물질층은, 적외선 영역의 광에 반응하고,
상기 제1 이차원 물질층은, 가시광선 영역의 광에 반응하는, 광 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 기판 및 상기 제1 이차원 물질층의 도전형은, n형이고,
상기 제1 삼차원 물질층의 도전형은, p형인, 광 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 기판은, IV족 반도체 물질을 포함하고,
상기 제1 삼차원 물질층은, IV족 반도체 물질, IV-IV족 화합물 반도체 물질 및 III-V족 화합물 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제1 이차원 물질층은, 금속 칼코게나이드계 물질, 탄소 함유 물질 및 산화물 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함하는, 광 센서.
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 삼차원 물질층과 상기 제1 이차원 물질층 사이에 개재되는 배리어층;을 더 포함하는, 광 센서.
- 제6 항에 있어서,
상기 기판, 상기 제1 삼차원 물질층, 상기 배리어층 및 상기 제1 이차원 물질층은, 적외선 영역의 광에 반응하는 제2 적층 구조를 이루는, 광 센서.
- 제6 항에 있어서,
상기 제1 이차원 물질층 상에 형성되되, 상기 제1 전극과 이격되는 제2 이차원 물질층;
상기 제2 이차원 물질층 상에 형성된 제2 삼차원 물질층; 및
상기 제2 삼차원 물질층 상에 형성된 제3 전극;
을 더 포함하는, 광 센서.
- 제8 항에 있어서,
상기 기판, 상기 제1 삼차원 물질층, 상기 배리어층 및 상기 제1 이차원 물질층은, 적외선 영역의 광에 반응하는 제3 적층 구조를 이루고,
상기 제1 이차원 물질층, 상기 제2 이차원 물질층 및 상기 제2 삼차원 물질층은, 가시광선 영역의 광에 반응하는 제4 적층 구조를 이루는, 광 센서.
- 제8 항에 있어서,
상기 제2 이차원 물질층의 도전형은, p형이고,
상기 제2 삼차원 물질층의 도전형은, n형인, 광 센서.
- 제8 항에 있어서,
상기 제2 이차원 물질층은, 금속 칼코게나이드계 물질, 탄소 함유 물질 및 산화물 반도체 물질 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2 삼차원 물질층은, IV족 반도체 물질, IV-IV족 화합물 반도체 물질, III-V족 화합물 반도체 물질 및 투명 전도성 산화물 중 적어도 하나를 포함하는, 광 센서.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180051919 | 2018-05-04 | ||
| KR20180051919 | 2018-05-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190127528A KR20190127528A (ko) | 2019-11-13 |
| KR102270928B1 true KR102270928B1 (ko) | 2021-06-30 |
Family
ID=68534904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180152194A KR102270928B1 (ko) | 2018-05-04 | 2018-11-30 | 광 센서 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102270928B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230019655A (ko) | 2021-08-02 | 2023-02-09 | 재단법인대구경북과학기술원 | 이종접합 광트랜지스터의 광전류 매핑 및 노이즈 전류 측정 장치 및 방법 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102536183B1 (ko) * | 2020-11-27 | 2023-05-24 | 아주대학교산학협력단 | 2d-3d 이종접합 구조를 갖는 광 센서 및 이의 제조 방법 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5039626A (en) | 1988-10-04 | 1991-08-13 | University Of Tokyo | Method for heteroepitaxial growth of a two-dimensional material on a three-dimensional material |
| JP2005347599A (ja) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Fuji Photo Film Co Ltd | カラー受光素子、及び撮像素子 |
| US20060226417A1 (en) * | 2005-04-08 | 2006-10-12 | South Epitaxy Corporation | Photodetector |
| KR101701920B1 (ko) * | 2010-03-05 | 2017-02-03 | 삼성전자주식회사 | 포토다이오드 및 이의 제조 방법, 이를 이용한 광전 소자 |
| WO2017174491A1 (en) | 2016-04-06 | 2017-10-12 | Trinamix Gmbh | Detector for an optical detection of at least one object |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102532596B1 (ko) * | 2015-10-21 | 2023-05-15 | 삼성전자주식회사 | 밴드갭이 조절된 2d 물질을 이용한 포토 디텍터 및 그 제조방법 |
-
2018
- 2018-11-30 KR KR1020180152194A patent/KR102270928B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5039626A (en) | 1988-10-04 | 1991-08-13 | University Of Tokyo | Method for heteroepitaxial growth of a two-dimensional material on a three-dimensional material |
| JP2005347599A (ja) * | 2004-06-04 | 2005-12-15 | Fuji Photo Film Co Ltd | カラー受光素子、及び撮像素子 |
| US20060226417A1 (en) * | 2005-04-08 | 2006-10-12 | South Epitaxy Corporation | Photodetector |
| KR101701920B1 (ko) * | 2010-03-05 | 2017-02-03 | 삼성전자주식회사 | 포토다이오드 및 이의 제조 방법, 이를 이용한 광전 소자 |
| WO2017174491A1 (en) | 2016-04-06 | 2017-10-12 | Trinamix Gmbh | Detector for an optical detection of at least one object |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Rajesh Kumar Ulaganathan et al, "High photosensitivity and broad spectral response of multi-layered germanium sulfide transistors", Nanoscale, 페이지47-49, 테이블S1, 도1* |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230019655A (ko) | 2021-08-02 | 2023-02-09 | 재단법인대구경북과학기술원 | 이종접합 광트랜지스터의 광전류 매핑 및 노이즈 전류 측정 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190127528A (ko) | 2019-11-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9853178B2 (en) | Selective emitter solar cell | |
| US10886325B2 (en) | Infrared detector devices and focal plane arrays having a transparent common ground structure and methods of fabricating the same | |
| EP2219222B1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
| KR102496483B1 (ko) | 아발란치 광검출기 및 이를 포함하는 이미지 센서 | |
| US11239271B2 (en) | Imaging device and method for manufacturing the same | |
| CN107408632B (zh) | 光电转换装置和光电转换模块 | |
| US20140124782A1 (en) | Image sensor | |
| KR101144570B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| WO2017217219A1 (ja) | 太陽電池及びその製造方法、並びに太陽電池モジュール | |
| KR102270928B1 (ko) | 광 센서 | |
| KR20190009606A (ko) | 광전 변환 소자, 광 센서 | |
| KR20110125041A (ko) | 태양 전지 | |
| KR102536183B1 (ko) | 2d-3d 이종접합 구조를 갖는 광 센서 및 이의 제조 방법 | |
| CN110581197A (zh) | 一种可见光与近红外光的双波段光电探测器及其制备方法 | |
| US8592677B2 (en) | Substrate, solar cell including the substrate, and method of manufacturing the same | |
| US10665632B2 (en) | Method for manufacturing a photosensor comprising a stack of layers placed on top of each other | |
| JP2014183073A (ja) | 光電変換素子および光電変換素子の製造方法 | |
| TW201442260A (zh) | 太陽能電池及其製造方法 | |
| JP2014504033A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| KR101231284B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR101081095B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| US20120132266A1 (en) | Photoelectric conversion device using semiconductor nanomaterial | |
| TWI835924B (zh) | 光偵測元件 | |
| KR101209982B1 (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| KR20120090396A (ko) | 태양전지 및 이의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |