KR20130077407A - Photo-detector and methods for manufacturing and operating the same - Google Patents
Photo-detector and methods for manufacturing and operating the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130077407A KR20130077407A KR1020110146101A KR20110146101A KR20130077407A KR 20130077407 A KR20130077407 A KR 20130077407A KR 1020110146101 A KR1020110146101 A KR 1020110146101A KR 20110146101 A KR20110146101 A KR 20110146101A KR 20130077407 A KR20130077407 A KR 20130077407A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pieces
- substrate
- graphene oxide
- drain
- absorbing layer
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 97
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 87
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 44
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N acetic acid Substances CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 2
- NOVHEGOWZNFVGT-UHFFFAOYSA-N hydrazine Chemical compound NN.NN NOVHEGOWZNFVGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 5
- 238000011017 operating method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 9
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 8
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
광 검출기와 그 제조 및 동작 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는 환원된 산화 그래핀을 포함하는 광흡수층을 구비하는 광 검출기와 그 제조 및 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photodetector and a method of manufacturing and operating the same. More particularly, the present invention relates to a photodetector having a light absorption layer including reduced graphene oxide, and a method of manufacturing and operating the same.
그래핀(graphene)은 탄소 원자들이 2차원 상에서 벌집 모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께를 가지는 전도성 물질이다. 그래핀은 구조적, 화학적으로 매우 안정적이며, 우수한 전도체로서 실리콘보다 빠른 전하 이동도를 가지고, 구리보다 많은 전류를 흐르게 할 수 있다. 또한, 그래핀은 투명도가 우수한데, 투명 전극인 ITO(indium tin oxide)보다 높은 투명도를 갖는다. 최근, 이러한 그래핀을 이용하여, 광통신 장치, 정밀 측정 장치 등 전자 장치를 개발하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.Graphene is a conductive material with a thickness of one layer of atoms, with the carbon atoms forming a honeycomb arrangement in a two-dimensional fashion. Graphene is structurally and chemically very stable and is a good conductor, having faster charge mobility than silicon, and allowing more current to flow than copper. In addition, graphene has excellent transparency, and has higher transparency than indium tin oxide (ITO), which is a transparent electrode. Recently, researches for developing electronic devices such as optical communication devices and precision measuring devices using graphene have been actively conducted.
광 검출기와 그 제조 및 동작 방법을 제공한다.An optical detector and a method of manufacturing and operating the same are provided.
개시된 광 검출기는The photo detector disclosed
기판;Board;
상기 기판 상에 마련되고, 복수 개의 그래핀 조각을 포함하는 광 흡수층; 및A light absorbing layer provided on the substrate and including a plurality of graphene pieces; And
상기 광 흡수층 상에 서로 이격되어 마련된 소스 전극 및 드레인 전극;을 포함할 수 있다.And a source electrode and a drain electrode provided spaced apart from each other on the light absorbing layer.
상기 기판 상에 마련된 절연층을 더 포함할 수 있다.It may further include an insulating layer provided on the substrate.
상기 기판 상에 마련된 게이트 전극을 더 포함할 수 있다.It may further include a gate electrode provided on the substrate.
상기 복수 개의 그래핀 조각은 환원된 그래핀 산화물 조각을 포함할 수 있다.The plurality of graphene pieces may include reduced graphene oxide pieces.
상기 환원된 그래핀 산화물에서 탄소(C)와 산소(O)의 비율(C/O)은 11.0 이하 또는 15.27 이상일 수 있다.In the reduced graphene oxide, the ratio (C / O) of carbon (C) and oxygen (O) may be 11.0 or less or 15.27 or more.
상기 소스 전극 및 드레인 전극은 각각 적어도 하나의 돌출부를 더 포함할 수 있다.The source electrode and the drain electrode may each further include at least one protrusion.
상기 소스 전극 및 드레인 전극의 상기 적어도 하나의 돌출부는 서로 교대로 엇갈리게 마련될 수 있다.The at least one protrusion of the source electrode and the drain electrode may be alternately alternately provided.
개시된 광 검출기의 제조 방법은,The manufacturing method of the disclosed photo detector is
복수의 환원된 그래핀 산화물(reduced grapheme oxide) 조각을 포함하는 용액을 준비하고, 기판 상에 상기 용액을 코팅하여 광 흡수층을 형성하고, 상기 광 흡수층 상에 금속층을 형성하고, 상기 금속층을 패터닝하여 서로 이격된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.Preparing a solution comprising a plurality of reduced grapheme oxide pieces, coating the solution on a substrate to form a light absorbing layer, forming a metal layer on the light absorbing layer, and patterning the metal layer The method may include forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other.
이러한 제조 방법에서 상기 기판 상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming an insulating layer on the substrate. The method may further include forming a gate electrode on the substrate.
상기 용액을 준비하는 과정은,The process of preparing the solution,
복수의 그래핀 산화물 조각을 형성하고, 상기 복수의 그래핀 산화물 조각을 환원용액을 사용하여 환원시키고, 상기 환원된 그래핀 산화물 조각을 용매와 혼합하는 과정을 포함할 수 있다.The method may include forming a plurality of graphene oxide pieces, reducing the plurality of graphene oxide pieces using a reducing solution, and mixing the reduced graphene oxide pieces with a solvent.
상기 환원용액은 히드라진(hydrazine) 또는 HI-AcOH을 포함할 수 있다.The reducing solution may include hydrazine or HI-AcOH.
상기 그래핀 조각을 포함하는 용액은 상기 기판 상에 스핀 코팅될 수 있다.The solution containing the graphene pieces may be spin coated on the substrate.
상기 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 과정은,Forming the source electrode and the drain electrode,
상기 소스 전극 및 드레인 전극이 각각 서로 교대로 엇갈리게 마련된 적어도 하나의 돌출부를 구비하도록 패터닝될 수 있다.The source electrode and the drain electrode may be patterned to have at least one protrusion provided alternately with each other.
개시된 광 검출기 동작 방법은,The disclosed photo detector operating method is
게이트 전극, 소스, 드레인 및 채널을 포함하는 광 검출기의 동작 방법에 있어서, 상기 채널은 복수의 그래핀 조각을 포함하는 광 흡수층이고, 상기 드레인과 상기 게이트 전극 사이에 동작 전압을 인가하고, 상기 소스 및 상기 드레인 사이에 전위차를 유지하고, 상기 채널에 흐르는 전류 변화를 측정하여 수광 여부를 판단하는 과정을 포함한다.A method of operating a photo detector including a gate electrode, a source, a drain, and a channel, wherein the channel is a light absorbing layer including a plurality of pieces of graphene, and applies an operating voltage between the drain and the gate electrode, And maintaining a potential difference between the drains and determining a light reception by measuring a change in current flowing through the channel.
이러한 동작 방법에서, 상기 채널에 흐르는 전류 변화를 측정하여 수광 여부를 판단하는 과정은 광 전류를 측정하는 과정을 포함할 수 있다.In such an operation method, the process of determining whether the light is received by measuring the change in current flowing through the channel may include measuring the light current.
상기 게이트 전극에 음의 동작 전압을 인가할 수 있다.A negative operating voltage may be applied to the gate electrode.
개시된 광 검출기는 환원된 그래핀 산화물을 포함하여, 광대역의 빛을 검출할 수 있다. 또한, 개시된 광 검출기는 빛을 흡수하면, 환원된 그래핀 산화물 조각들의 계면으로부터 많은 양의 광 전류가 발생할 수 있다. 따라서, 개시된 광 검출기는 빛에 대한 반응도가 향상될 수 있다.The disclosed photo detector can include reduced graphene oxide to detect broadband light. In addition, when the disclosed photodetector absorbs light, a large amount of photocurrent may be generated from the interface of the reduced graphene oxide pieces. Thus, the disclosed photodetector can improve the responsiveness to light.
도 1a는 개시된 광 검출기의 개략적인 단면도이고, 도 1b는 개시된 광 검출기의 개략적인 평면도이다.
도 2a는 개시된 다른 광 검출기의 개략적인 단면도이고, 도 2b는 개시된 다른 광 검출기의 개략적인 평면도이다.
도 3a는 개시된 광 검출기에서 순방향 스윕(forward sweep)으로 측정된 드레인 전류와 광 전류를 도시한 것이고, 도 3b는 광 전류와 드레인 전류 사이의 비를 도시한 것이다.
도 4a는 개시된 광 검출기에서 역방향 스윕(reverse sweep)으로 측정된 드레인 전류와 광 전류를 도시한 것이고, 도 4b는 광 전류와 드레인 전류 사이의 비를 도시한 것이다.
도 5a는 비교예의 광 검출기에서 순방향 스윕(forward sweep)으로 측정된 드레인 전류와 광 전류를 도시한 것이고, 도 5b는 광 전류와 드레인 전류 사이의 비를 도시한 것이다.
도 6a는 비교예의 광 검출기에서 역방향 스윕(reverse sweep)으로 측정된 드레인 전류와 광 전류를 도시한 것이고, 도 6b는 광 전류와 드레인 전류 사이의 비를 도시한 것이다.
도 7a는 환원된 그래핀 산화물 용액의 양에 따른 개시된 광 검출기의 반응도를 도시한 것이다.
도 7b는 그래핀 산화물의 환원 용액에 따른 개시된 광 검출기의 반응도를 도시한 것이다.
도 8a-도 8c는 개시된 광 검출기의 제조 공정을 개략적으로 도시한 단면도이다.1A is a schematic cross-sectional view of the disclosed photo detector, and FIG. 1B is a schematic top view of the disclosed photo detector.
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of another disclosed photo detector, and FIG. 2B is a schematic top view of another disclosed photo detector.
FIG. 3A shows the drain current and the photocurrent measured by forward sweep in the disclosed photo detector, and FIG. 3B shows the ratio between the photocurrent and the drain current.
FIG. 4A shows the drain current and the photocurrent measured by reverse sweep in the disclosed photo detector, and FIG. 4B shows the ratio between the photocurrent and the drain current.
FIG. 5A shows the drain current and the photocurrent measured by forward sweep in the photo detector of the comparative example, and FIG. 5B shows the ratio between the photocurrent and the drain current.
FIG. 6A shows the drain current and the photocurrent measured by reverse sweep in the photo detector of the comparative example, and FIG. 6B shows the ratio between the photocurrent and the drain current.
7A shows the reactivity of the disclosed photodetector according to the amount of reduced graphene oxide solution.
7B shows the reactivity of the disclosed photodetector with a reducing solution of graphene oxide.
8A-8C are cross-sectional views schematically illustrating a manufacturing process of the disclosed photodetector.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 개시된 광 검출기와 그 제조 및 동작 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성과 편의성을 위해서 과장되어 있을 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail for the disclosed photodetector and its manufacturing and operating method. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.
도 1a는 개시된 광 검출기(100)의 개략적인 단면도이고, 도 1b는 개시된 광 검출기(100)의 개략적인 평면도이다.1A is a schematic cross-sectional view of the disclosed
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 광 검출기(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 마련된 절연층(120), 절연층(120) 상에 마련된 광 흡수층(130) 및 광 흡수층(130) 상에 마련된 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)을 포함할 수 있다.1A and 1B, the
상기 기판(110)은 예를 들어, 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 더 구체적으로 폴리 실리콘으로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(110)은 p형 불순물 또는 n형 불순물로 도핑될 수도 있으며, 게이트 전극으로 사용될 수 있다.For example, the
상기 절연층(120)은 기판(110) 상에 마련되어, 기판(110)과 광 흡수층(130)을 절연시킬 수 있다. 절연층(120)은 산화물 또는 질화물 등으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 절연층(120)은 게이트 절연층일 수 있다.The
상기 광 흡수층(130)은 절연층(120) 상에 마련될 수 있으며, 외부로부터 입사된 광을 흡수할 수 있다. 광 흡수층(130)은 그래핀(graphene) 시트(sheet) 또는 환원된 그래핀 산화물(reduced graphene oxide, RGO) 시트를 포함할 수 있다. 또한, 광 흡수층(130)은 복수 개의 그래핀 조각 또는 복수 개의 환원된 그래핀 산화물 조각을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 흡수층(130)은 복수 개의 환원된 그래핀 산화물 조각이 임의로 적층된 층일 수 있다. 상기 복수 개의 그래핀 조각은 그래핀 시트를 작은 조각으로 분쇄하여 형성될 수 있으며, 상기 복수 개의 환원된 그래핀 산화물 조각은 환원된 그래핀 산화물 시트를 작은 조각으로 분쇄하여 형성될 수 있다.The light
광 흡수층(130)은 채널층일 수 있으며, 게이트인 기판(110)에 게이트 전압(VG)을 인가하면, 광 흡수층(130)을 통해서 소스 및 드레인 전극(S, D) 사이에 드레인 전류(ID)가 흐를 수 있다. 또한, 광 흡수층(130)은 외부로부터 광을 흡수하면, 광 흡수층(130)을 흐르는 광 전류(photo-current, PC)를 발생시킬 수 있다. 더 구체적으로, 광 흡수층(130)이 복수 개의 환원된 그래핀 산화물 조각이 임의로 적층되어 형성된 경우에, 상기 복수 개의 환원된 그래핀 산화물 조각들의 계면으로부터 광 전류(PC)가 발생할 수 있다. 따라서, 개시된 광 검출기(100)는 같은 양의 광을 흡수하는 경우, 그래핀 시트로 형성된 광 흡수층보다 더 많은 광 전류(PC)를 발생할 수 있다. 이렇게 광 검출기(100)가 더 많은 광 전류를 발생하면, 광 검출기(100)의 광에 대한 반응도가 향상될 수 있다.The light
상기 소스 및 드레인 전극(S, D)은 광 흡수층(130) 상에 서로 이격되어 마련될 수 있다. 소스 및 드레인 전극(S, D)은 서로 대칭적으로 마련될 수 있으며, 서로 마주보는 방향으로 그 폭이 좁아질 수도 있다. 또한, 소스 및 드레인 전극(S, D)은 금속 또는 합금으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 소스 및 드레인 전극(S, D)은 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.The source and drain electrodes S and D may be spaced apart from each other on the
도 2a는 개시된 다른 광 검출기(200)의 개략적인 단면도이고, 도 2b는 개시된 다른 광 검출기(200)의 개략적인 평면도이다.2A is a schematic cross-sectional view of another disclosed
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 광 검출기(200)는 기판(210), 기판(210) 상에 마련된 절연층(220), 절연층(220) 상에 마련된 광 흡수층(230) 및 광 흡수층(230) 상에 마련된 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)을 포함할 수 있다. 또한, 광 검출기(200)는 기판(210) 상에 마련된 게이트 전극(G)을 더 포함할 수 있다.2A and 2B, the
상기 기판(210)은 예를 들어, 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 더 구체적으로 폴리 실리콘으로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(210)은 p형 불순물 또는 n형 불순물로 도핑될 수도 있다.The
상기 게이트 전극(G)은 기판(210) 상에 마련될 수 있다. 게이트 전극(G)에는 게이트 전압(VG)이 인가될 수 있다. 또한, 게이트 전극(G)은 예를 들어, 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.The gate electrode G may be provided on the
상기 절연층(220)은 게이트 전극(G)을 덮도록, 기판(110) 상에 마련될 수 있다. 절연층(220)은 게이트 절연층으로서, 게이트 전극(G)과 광 흡수층(230)을 절연시킬 수 있다. 절연층(220)은 산화물 또는 질화물 등으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.The insulating
상기 광 흡수층(230)은 절연층(220) 상에 마련될 수 있으며, 외부로부터 입사된 광을 흡수할 수 있다. 광 흡수층(230)은 그래핀 시트 또는 환원된 그래핀 산화물 시트를 포함할 수 있다. 또한, 광 흡수층(230)은 복수 개의 그래핀 조각 또는 복수 개의 환원된 그래핀 산화물(RGO) 조각을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 흡수층(230)은 복수 개의 환원된 그래핀 산화물 조각이 임의로 적층된 층일 수 있다. 상기 복수 개의 그래핀 조각은 그래핀 시트를 작은 조각으로 분쇄하여 형성될 수 있으며, 상기 복수 개의 환원된 그래핀 산화물 조각은 환원된 그래핀 산화물 시트를 작은 조각으로 분쇄하여 형성될 수 있다.The light
광 흡수층(230)은 채널층일 수 있으며, 게이트 전극(G)에 게이트 전압(VG)을 인가하면, 광 흡수층(230)을 통해서 소스 및 드레인 전극(S, D) 사이에 드레인 전류(ID)가 흐를 수 있다. 또한, 광 흡수층(230)은 외부로부터 광을 흡수하면, 광 흡수층(230)을 흐르는 광 전류(photo-current, PC)를 발생시킬 수 있다. 더 구체적으로, 광 흡수층(230)이 복수 개의 환원된 그래핀 산화물 조각이 임의로 적층되어 형성된 경우에, 상기 복수 개의 환원된 그래핀 산화물 조각들의 계면으로부터 광 전류(PC)가 발생할 수 있다. 따라서, 개시된 광 검출기(200)는 같은 양의 광을 흡수하는 경우, 그래핀 시트로 형성된 광 흡수층보다 더 많은 광 전류(PC)를 발생할 수 있다. 이렇게 광 검출기(200)가 더 많은 광 전류를 발생하면, 광 검출기(200)의 광에 대한 반응도가 향상될 수 있다.The light
상기 소스 및 드레인 전극(S, D)은 광 흡수층(230) 상에 서로 이격되어 마련될 수 있다. 소스 및 드레인 전극(S, D)은 서로 비대칭적으로 마련될 수 있으며, 서로 마주보는 방향으로 그 폭이 좁아질 수도 있다. 또한, 소스 및 드레인 전극(S, D)은 각각 서로 마주보는 면으로부터 돌출된 적어도 하나의 제1 및 제2돌출부(240, 245)를 포함할 수 있다. 소스 전극(S)의 적어도 하나의 제1돌출부(240)는 드레인 전극(D)의 적어도 하나의 제2돌출부(245)와 서로 교대로 엇갈리게 마련될 수 있다. 즉, 제1 및 제2돌출부(240, 245)는 손가락이 서로 맞물린 형태(interdigitate)로 마련될 수 있다. 이렇게 소스 및 드레인 전극(S, D)이 인터디지테이트 형태로 마련되는 경우, 그 하부에 마련된 광 흡수층(230)과의 접촉 면적이 늘어나, 광 흡수층(230)에서 발생한 광 전류(PC)를 정밀하게 측정할 수 있다. 한편, 소스 및 드레인 전극(S, D)은 예를 들어, 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.The source and drain electrodes S and D may be spaced apart from each other on the
도 3a는 개시된 광 검출기(100)에서 순방향 스윕(forward sweep)으로 측정된 드레인 전류(ID)와 광 전류(PC)를 도시한 것이고, 도 3b는 광 전류(PC)와 드레인 전류(ID) 사이의 비율을 도시한 것이다. 여기에서, 광 검출기(100)의 소스 및 드레인 전극(S, D)은 팔라듐(Pd)으로 형성되었다.FIG. 3A shows the drain current ID and the photocurrent PC measured with a forward sweep in the disclosed
도 3a에서, "IDoff"는 순방향 스윕(forward sweep) 즉, 게이트 전압(VG)을 낮은 전압부터 높은 전압으로 증가시키면서, 광 검출기(100)에 광이 입사되지 않는 경우(off)의 소스 및 드레인 전극(S, D) 사이에 흐르는 드레인 전류를 나타낸다. 그리고 "IDon"은 광 검출기(100)에 광이 입사되는 경우(on)의 소스 및 드레인 전극(S, D) 사이에 흐르는 드레인 전류를 나타낸다. 또한, "PC"는 광 전류를 나타낸 것으로, 광 전류(PC)는 광이 입사되는 경우(on)의 드레인 전류(IDon)에서 광이 입사되지 않는 경우(off)의 드레인 전류(IDoff)를 뺀 값으로 정의될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 개시된 광 검출기(100)는 넓은 대역의 게이트 전압(VG) 예를 들어, 약 -100V 내지 100V의 게이트 전압(VG)에 대해서 광 전류(PC)가 검출될 수 있다.In FIG. 3A, " I Doff " denotes a source in the case where no light is incident on the
도 3b는 광 검출기(100)에 광이 입사되지 않는 경우(off)의 드레인 전류(IDoff)에 대한 광 전류(PC)의 비율을 도시한 것이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 드레인 전류(IDoff)에 대한 광 전류(PC)의 비율의 최대값은 약 3.66%로서, 도 5b에 도시된 비교예의 광 검출기에서의 드레인 전류(IDoff)에 대한 광 전류(PC)의 비율보다 높은 것을 알 수 있다.FIG. 3B illustrates the ratio of the photocurrent PC to the drain current I Doff when no light is incident on the
도 4a는 개시된 광 검출기(100)에서 역방향 스윕(reverse sweep)으로 측정된 드레인 전류(ID)와 광 전류(PC)를 도시한 것이고, 도 4b는 드레인 전류(ID)에 대한 광 전류(PC)의 비율을 도시한 것이다.FIG. 4A shows the drain current I D and the photo current PC measured by reverse sweep in the disclosed
도 4a에서, "IDoff"는 역방향 스윕 즉, 게이트 전압(VG)을 높은 전압부터 낮은 전압으로 감소시키면서, 광 검출기(100)에 광이 입사되지 않는 경우(off)의 소스 및 드레인 전극(S, D) 사이에 흐르는 드레인 전류를 나타낸다. "IDon"은 광 검출기(100)에 광이 입사되는 경우(on)의 소스 및 드레인 전극(S, D) 사이에 흐르는 드레인 전류를 나타낸다. 또한, "PC"는 광 전류를 나타낸 것으로, 광 전류(PC)는 광이 입사되는 경우(on)의 드레인 전류(IDon)에서 광이 입사되지 않는 경우(off)의 드레인 전류(IDoff)를 뺀 값으로 정의될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 개시된 광 검출기(100)는 넓은 대역의 게이트 전압(VG) 예를 들어, 약 -100V 내지 100V의 게이트 전압(VG)에 대해서 광 전류(PC)가 검출될 수 있다.In FIG. 4A, “I Doff ” denotes the reverse sweep, that is, the source and drain electrodes (off) when light is not incident on the
도 4b는 광 검출기(100)에 광이 입사되지 않는 경우(off)의 드레인 전류(IDoff)에 대한 광 전류(PC)의 비율을 도시한 것이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 드레인 전류(IDoff)에 대한 광 전류(PC)의 비율의 최대값은 약 6.05%로서, 도 6b에 도시된 비교예의 광 검출기에서의 드레인 전류(IDoff)에 대한 광 전류(PC)의 비율보다 높다는 것을 알 수 있다.FIG. 4B illustrates the ratio of the photocurrent PC to the drain current I Doff when no light is incident on the
도 5a는 비교예의 광 검출기에서 순방향 스윕(forward sweep)으로 측정된 드레인 전류(ID)와 광 전류(PC)를 도시한 것이고, 도 5b는 드레인 전류(ID)에 대한 광 전류(PC)의 비율을 도시한 것이다. 여기에서, 비교예의 광 검출기는 CVD 방법으로 형성된 그래핀을 광 흡수층으로 구비한다.FIG. 5A shows the drain current I D and the photo current PC measured by forward sweep in the photo detector of the comparative example, and FIG. 5B shows the photo current PC against the drain current I D. The ratio of is shown. Here, the photodetector of the comparative example includes graphene formed by the CVD method as a light absorbing layer.
도 5a에서, 일점 쇄선은 순방향 스윕(forward sweep) 즉, 게이트 전압(VG)을 낮은 전압부터 높은 전압으로 증가시키면서, 비교예의 광 검출기에 광이 입사되지 않는 경우(off)의 소스 및 드레인 전극(S, D) 사이에 흐르는 드레인 전류(IDoff)를 나타낸다. 실선은 비교예의 광 검출기에 광이 입사되는 경우(on)의 소스 및 드레인 전극(S, D) 사이에 흐르는 드레인 전류(IDon)를 나타낸다. 또한, 점선은 광 전류(PC)를를 나타낸 것으로, 광 전류(PC)는 광이 입사되는 경우(on)의 드레인 전류(IDon)에서 광이 입사되지 않는 경우(off)의 드레인 전류(IDoff)를 뺀 값이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 비교예의 광 검출기는 약 -25V 이하의 게이트 전압(VG)에 대해서 광 전류(PC)가 검출될 수 있으며, 개시된 광 검출기(100)보다 좁은 대역의 게이트 전압(VG)에서 광 전류(PC)가 발생할 수 있다.In FIG. 5A, the dashed dashed line indicates a forward sweep, that is, a source and drain electrode (off) when light is not incident to the photo detector of the comparative example while increasing the gate voltage VG from a low voltage to a high voltage. The drain current I Doff flowing between S and D is shown. The solid line represents the drain current I Don flowing between the source and drain electrodes S and D when light is incident on the photo detector of the comparative example. In addition, the dotted line represents the photocurrent PC, and the photocurrent PC is the drain current I Doff when no light is incident (off) at the drain current I Don when the light is incident (on). Minus) As shown in FIG. 5A, the photodetector of the comparative example can detect the photocurrent PC with respect to the gate voltage V G of about -25V or less, and the gate voltage of the band narrower than that of the disclosed photodetector 100 ( V G ) can generate a photocurrent PC.
도 5b는 비교예의 광 검출기에 광이 입사되지 않는 경우(off)의 드레인 전류(IDoff)에 대한 광 전류(PC)의 비율을 도시한 것이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 드레인 전류(IDoff)에 대한 광 전류(PC)의 비율의 최대값은 약 1% 이하이다. 그리고 게이트 전압(VG)이 -25V 이하가 되면서 광 전류(PC)는 급격히 증가한다.FIG. 5B shows the ratio of the photocurrent PC to the drain current I Doff when no light is incident on the photodetector of the comparative example (off). As shown in FIG. 5B, the maximum value of the ratio of the photocurrent PC to the drain current I Doff is about 1% or less. As the gate voltage V G becomes less than −25 V, the photocurrent PC rapidly increases.
도 6a는 비교예의 광 검출기에서 역방향 스윕(reverse sweep)으로 측정된 드레인 전류(ID)와 광 전류(PC)를 도시한 것이고, 도 6b는 드레인 전류(ID)에 대한 광 전류(PC)의 비율을 도시한 것이다.FIG. 6A shows the drain current I D and the photo current PC measured by reverse sweep in the photo detector of the comparative example, and FIG. 6B shows the photo current PC against the drain current I D. The ratio of is shown.
도 6a에서, 일점 쇄선은 역방향 스윕 즉, 게이트 전압(VG)을 높은 전압부터 낮은 전압으로 감소시키면서, 비교예의 광 검출기에 광이 입사되지 않는 경우(off)의 소스 및 드레인 전극(S, D) 사이에 흐르는 드레인 전류(IDoff)를 도시한 것이다. 실선은 비교예의 광 검출기에 광이 입사되는 경우(on)의 소스 및 드레인 전극(S, D) 사이에 흐르는 드레인 전류(IDon)를 도시한 것이다. 또한, 점선은 광 전류(PC)를 나타낸 것으로, 광 전류(PC)는 광이 입사되는 경우(on)의 드레인 전류(IDon)에서 광이 입사되지 않는 경우(off)의 드레인 전류(IDoff)를 뺀 값이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 비교예의 광 검출기는 약 -5V 이하의 게이트 전압(VG)에 대해서 광 전류(PC)가 검출될 수 있으며, 개시된 광 검출기(100)보다 좁은 대역의 게이트 전압(VG)에서 광 전류(PC)가 발생할 수 있다.In FIG. 6A, the dashed dashed line indicates the reverse sweep, that is, the source and drain electrodes S and D when light is not incident on the photo detector of the comparative example while reducing the gate voltage VG from a high voltage to a low voltage. The drain current I Doff flowing in between is shown. The solid line shows the drain current I Don flowing between the source and drain electrodes S and D when light is incident on the photo detector of the comparative example. In addition, the dotted line represents the photocurrent PC, and the photocurrent PC is the drain current I Doff when no light is incident (off) at the drain current I Don when the light is incident (on). Minus) As shown in FIG. 6A, the photodetector of the comparative example can detect the photocurrent PC with respect to the gate voltage V G of about -5V or less, and the gate voltage of the band narrower than that of the disclosed photodetector 100 ( V G ) can generate a photocurrent PC.
도 6b는 광 검출기(100)에 광이 입사되지 않는 경우(off)의 드레인 전류(IDoff)에 대한 광 전류(PC)의 비율을 도시한 것이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 드레인 전류(IDoff)에 대한 광 전류(PC)의 비율의 최대값은 약 1% 이하이다. 게이트 전압(VG)이 -5V 이하일 때, 광 전류(PC)는 급격히 증가한다.FIG. 6B illustrates the ratio of the photocurrent PC to the drain current I Doff when no light is incident on the photodetector 100 (off). As shown in FIG. 6B, the maximum value of the ratio of the photocurrent PC to the drain current I Doff is about 1% or less. When the gate voltage V G is equal to or less than −5 V, the photocurrent PC rapidly increases.
도 7a는 환원된 그래핀 산화물(RGO) 용액의 양에 따른 개시된 광 검출기의 반응도를 도시한 것이고, 도 7b는 그래핀 산화물(graphene oxide, GO)의 환원 용액에 따른 개시된 광 검출기의 반응도를 도시한 것이다.FIG. 7A shows the reactivity of the disclosed photodetector according to the amount of reduced graphene oxide (RGO) solution, and FIG. 7B shows the reactivity of the disclosed photodetector according to the reducing solution of graphene oxide (GO). It is.
도 7a를 참조하면, 약 1000㎕ 정도의 환원된 그래핀 산화물(RGO) 용액을 스핀 코팅하여 형성된 광 흡수층을 구비한 광 검출기의 반응도가 약 100㎕의 환원된 그래핀 산화물(RGO) 용액을 스핀 코팅하여 형성된 광 흡수층을 구비하는 광 검출기의 반응도 보다 향상된 것을 알 수 있다. 즉, 스핀 코팅되는 환원된 그래핀 산화물(RGO) 용액의 양이 증가할수록, 광 흡수층의 두께는 두꺼워질 수 있으며, 따라서 환원된 그래핀 산화물(RGO) 조각들의 계면도 증가할 수 있다. 따라서, 더 많은 광 전류(PC)가 발생하여, 입사되는 광에 대한 반응도가 향상될 수 있다.Referring to FIG. 7A, a reactivity of a photo detector having a light absorbing layer formed by spin coating about 1000 μl of reduced graphene oxide (RGO) solution spins about 100 μl of reduced graphene oxide (RGO) solution. It can be seen that the reaction of the photo detector having the light absorbing layer formed by coating is further improved. That is, as the amount of spin-coated reduced graphene oxide (RGO) solution increases, the thickness of the light absorbing layer may increase, and thus, the interface of the reduced graphene oxide (RGO) pieces may increase. Therefore, more photocurrent PC is generated, so that responsiveness to incident light can be improved.
도 7b를 참조하면, 그래핀 산화물(GO)을 HI-AcOH 용액으로 환원시켜서 형성된 광 흡수층을 구비한 광 검출기의 반응도가 그래핀 산화물(GO)을 히드라진(hydrazine) 용액으로 환원시켜서 형성된 광 흡수층을 구비한 광 검출기의 반응도 보다 향상된 것을 알 수 있다. 즉, 그래핀 산화물(GO)을 환원시키는 용액에 따라서 개시된 광 검출기의 광 흡수층의 반응도가 조절될 수 있다.Referring to FIG. 7B, a reactivity of a photo detector having a light absorbing layer formed by reducing graphene oxide (GO) to a HI-AcOH solution may be used to reduce the light absorbing layer formed by reducing graphene oxide (GO) to a hydrazine solution. It can be seen that the response of the provided photodetector is further improved. That is, the reactivity of the light absorbing layer of the disclosed photodetector may be adjusted according to a solution for reducing graphene oxide (GO).
한편, 히드라진으로 환원된 RGO의 경우, 탄소와 산소의 비율(C/O), 곧 그래핀과 산소의 비율은 11.0 이하일 수 있다. 그리고 HI-AcOH로 환원된 RGO의 경우, 탄소와 산소의 비율(C/O)은 15.0 이상, 예컨대 15.27 이상일 수 있다.Meanwhile, in the case of RGO reduced with hydrazine, the ratio of carbon and oxygen (C / O), that is, the ratio of graphene and oxygen, may be 11.0 or less. And in the case of RGO reduced with HI-AcOH, the ratio of carbon and oxygen (C / O) may be 15.0 or more, such as 15.27 or more.
다음으로, 개시된 광 검출기의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다.Next, the manufacturing method of the disclosed photodetector is demonstrated in detail.
도 8a부터 도 8c는 개시된 광 검출기의 제조 공정을 개략적으로 도시한 단면도이다.8A through 8C are cross-sectional views schematically illustrating a manufacturing process of the disclosed photodetector.
도 8a를 참조하면, 먼저 기판(110)을 준비하고, 기판(110) 상에 절연층(120)을 형성할 수 있다. 상기 기판(110)은 예를 들어, 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 더 구체적으로 폴리 실리콘으로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(110)은 p형 불순물 또는 n형 불순물로 도핑될 수도 있으며, 게이트 전극으로 사용될 수 있다. 상기 절연층(120)은 기판(110)과 광 흡수층(130)을 절연시킬 수 있다. 절연층(120)은 산화물 또는 질화물 등으로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 절연층(120)은 게이트 절연층일 수 있다.Referring to FIG. 8A, first, a
도 8b를 참조하면, 절연층(120) 상에 광 흡수층(130)을 형성할 수 있다. 광 흡수층(130)은 복수의 그래핀 조각 또는 복수의 환원된 그래핀 산화물 조각을 포함하는 용액을 절연층(120) 상에 도포하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 광 흡수층(130)은 복수의 환원된 그래핀 산화물 조각을 포함하는 용액을 절연층(120) 상에 스핀 코팅(spin coating)하고, 열처리를 통해서 용매를 건조하여 형성될 수 있다. 상기 복수의 환원된 그래핀 산화물 조각을 포함하는 용액은 100㎕~1000㎕ 정도를 스핀 코팅할 수 있다.Referring to FIG. 8B, the
상기 복수의 환원된 그래핀 산화물 조각은 환원된 그래핀 산화물 시트 또는 환원된 흑연 산화물이 포함된 용액에 초음파를 인가하거나, 플라즈마 충격을 가하여, 상기 환원된 그래핀 산화물 시트 또는 환원된 흑연 산화물을 분쇄하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수의 환원된 그래핀 산화물 조각은 산화 그래핀 시트 또는 산화 흑연을 가열하여 환원시키고, 상기 산화 그래핀 시트 또는 산화 흑연의 환원된 부분을 절단하여 형성될 수도 있다. 여기에서, 그래핀 시트 또는 흑연의 산화 및 환원 과정은 2회 이상, 여러 번 반복하여 실시될 수 있으며, 이에 따라 그래핀 또는 환원된 그래핀 산화물 조각의 크기와 모양이 조절될 수 있다.The plurality of reduced graphene oxide pieces are subjected to ultrasonic waves or a plasma impact to crush the reduced graphene oxide sheet or the reduced graphite oxide or the graphene oxide sheet or the solution containing the reduced graphite oxide. Can be formed. In addition, the plurality of reduced graphene oxide pieces may be formed by heating the graphene oxide sheet or graphite oxide and reducing the cut, and cutting the reduced portion of the graphene oxide sheet or graphite oxide. Here, the oxidation and reduction process of the graphene sheet or graphite may be carried out two or more times, and repeated several times, thereby controlling the size and shape of the graphene or reduced graphene oxide pieces.
한편, 원하는 크기의 그래핀 조각은 투석(dialysis)을 통해서 필터링할 수 있다.On the other hand, a piece of graphene of the desired size can be filtered through dialysis (dialysis).
광 흡수층(130)의 두께는 환원된 그래핀 산화물(RGO) 용액의 양에 따라서 조절될 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 스핀 코팅되는 환원된 그래핀 산화물(RGO) 용액의 양이 증가할수록, 광 흡수층의 두께는 두꺼워질 수 있으며, 따라서 환원된 그래핀 산화물(RGO) 조각들의 계면도 증가할 수 있다. 따라서, 더 많은 광 전류(PC)가 발생하여, 입사되는 광에 대한 반응도가 향상될 수 있다.The thickness of the
또한, 광 흡수층(130)의 반응도는 그래핀 산화물(GO)을 환원시키는 용액에 따라서도 조절될 수 있다. 예를 들어, 도 7b에 도시된 바와 같이, 그래핀 산화물(GO)을 HI-AcOH 용액으로 환원시키는 경우가 그래핀 산화물(GO)을 히드라진(hydrazine) 용액으로 환원시키는 경우보다 광 검출기의 반응도가 향상될 수 있다.In addition, the reactivity of the
다음으로, 도 8c를 참조하면, 광 흡수층(130) 상에 금속층(미도시)을 형성하고 이를 패터닝하여, 서로 이격된 소스 및 드레인 전극(S, D)을 형성할 수 있다. 소스 및 드레인 전극(S, D)은 서로 마주보는 방향으로 그 폭이 좁아지도록 패터닝될 수 있다. 또한, 소스 및 드레인 전극(S, D)은 각각 서로 마주보는 면으로부터 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하도록 형성될 수도 있다. 소스 및 드레인 전극(S, D)은 예를 들면, 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.Next, referring to FIG. 8C, a metal layer (not shown) may be formed and patterned on the
한편, 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 게이트 전극(G)을 더 형성할 수도 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 2A, a gate electrode G may be further formed on the
다음, 도 8c를 참조하여 개시된 광 검출기의 동작 방법을 설명한다.Next, a method of operating the disclosed photodetector will be described with reference to FIG. 8C.
기판(110)이 게이트 역할을 하는 것으로 간주한다. 드레인(D)과 기판(110) 사이에 동작 전압을 인가한다. 드레인(D)과 소스(S) 사이에 소정의 전위차를 유지한다. 상기 동작 전압의 인가에 따라 채널인 광 흡수층(130)을 통해 전류가 흐르게 된다. 이와 같은 상태에서 광 흡수층(130)에 광이 조사되면, 조사된 광에 광 흡수층(130)이 반응하여 광 흡수층(130)을 통해 흐르는 전류의 양이 변화된다. 곧, 광 조사에 의해 채널에 흐르는 전류의 양이 변화된다. 이와 같은 전류의 변화를 측정함으로써, 수광 여부를 감지할 수 있다. 상기 전류의 변화는 광이 조사되었을 때, 채널에 흐르는 전류(Ion)와 광이 조사되지 않았을 때, 채널에 흐르는 전류(Ioff)의 차를 구하여 측정할 수 있다. 따라서 상기 전류의 변화의 측정은 곧 광 전류를 측정하는 것이 된다.It is assumed that the
기판(110) 상에 별도의 게이트 전극(G)이 구비된 경우, 기판(110)과 드레인(D) 사이에 인가되는 동작 전압은 게이트 전극(G)과 드레인(D) 사이에 인가된다.When a separate gate electrode G is provided on the
기판(110)이나 게이트 전극(G)에 음의 동작전압을 인가하면, 조사되는 광에대한 광 흡수층(130)의 반응도는 더 높아질 수 있다. 곧, 광 전류는 증가될 수 있다.When a negative operating voltage is applied to the
이러한 본 발명인 광 검출기와 그 제조 및 동작 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Such a photo detector and a method of manufacturing and operating the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for clarity, but these are merely exemplary, and various modifications and equivalents may be made by those skilled in the art. It will be appreciated that one other embodiment is possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.
100, 200: 광 검출기 110, 210: 기판
120, 220: 절연층 130, 230: 광 흡수층
S: 소스 전극 D: 드레인 전극
G: 게이트 전극100, 200:
120, 220:
S: source electrode D: drain electrode
G: gate electrode
Claims (18)
상기 기판 상에 마련되고, 복수의 그래핀 조각을 포함하는 광 흡수층; 및
상기 광 흡수층 상에 서로 이격되어 마련된 소스 전극 및 드레인 전극;을 포함하는 광 검출기.Board;
A light absorbing layer provided on the substrate and including a plurality of pieces of graphene; And
And a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the light absorbing layer.
상기 기판 상에 마련되는 절연층을 더 포함하는 광 검출기.The method of claim 1,
The photo detector further comprises an insulating layer provided on the substrate.
상기 기판 상에 마련되는 게이트 전극을 더 포함하는 광 검출기.The method of claim 1,
And a gate electrode provided on the substrate.
상기 복수 개의 그래핀 조각은 환원된 그래핀 산화물 조각을 포함하는 광 검출기.The method of claim 1,
Wherein the plurality of graphene pieces comprise reduced graphene oxide pieces.
상기 소스 전극 및 드레인 전극은 각각 적어도 하나의 돌출부를 더 포함하는 광 검출기.The method of claim 1,
Each of the source electrode and the drain electrode further comprises at least one protrusion.
상기 소스 전극 및 드레인 전극의 상기 적어도 하나의 돌출부는 서로 교대로 엇갈리게 마련된 광 검출기.The method of claim 5, wherein
And the at least one protrusion of the source electrode and the drain electrode are alternately alternately provided with each other.
상기 환원된 그래핀 산화물에서 탄소(C)와 산소(O)의 비율(C/O)은 11.0 이하 또는 15.0 이상인 광 검출기.The method of claim 4, wherein
The ratio (C / O) of carbon (C) and oxygen (O) in the reduced graphene oxide is less than 11.0 or 15.0 or more.
기판 상에 상기 용액을 코팅하여 광 흡수층을 형성하는 단계; 및
상기 광 흡수층 상에 금속층을 형성하고, 상기 금속층을 패터닝하여 서로 이격된 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 광 검출기의 제조 방법.Preparing a solution comprising a plurality of reduced graphene oxide pieces;
Coating the solution on a substrate to form a light absorbing layer; And
And forming a metal layer on the light absorbing layer and patterning the metal layer to form a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other.
상기 기판 상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 광 검출기의 제조 방법.The method of claim 8,
And forming an insulating layer on the substrate.
상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 광 검출기의 제조 방법.The method of claim 8,
And forming a gate electrode on the substrate.
상기 용액을 준비하는 단계는,
복수의 그래핀 산화물 조각을 형성하는 단계;
상기 복수의 그래핀 산화물 조각을 환원용액을 사용하여 환원시키는 단계; 및
상기 환원된 그래핀 산화물 조각을 용매와 혼합하는 단계;를 포함하는 광 검출기의 제조 방법.The method of claim 8,
Preparing the solution,
Forming a plurality of graphene oxide pieces;
Reducing the plurality of graphene oxide pieces using a reducing solution; And
Mixing the reduced piece of graphene oxide with a solvent.
상기 환원용액은 히드라진(hydrazine) 또는 HI-AcOH을 포함하는 광 검출기의 제조방법.The method of claim 11,
The reducing solution is a method of manufacturing a photo detector containing hydrazine (hydrazine) or HI-AcOH.
상기 그래핀 조각을 포함하는 용액은 상기 기판 상에 스핀 코팅되는 광 검출기의 제조 방법.The method of claim 8,
The solution containing the graphene pieces are spin-coated on the substrate.
상기 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계는
상기 소스 전극 및 드레인 전극이 각각 서로 교대로 엇갈리게 마련된 적어도 하나의 돌출부를 구비하도록 패터닝되는 광 검출기의 제조 방법.The method of claim 8,
Forming the source electrode and the drain electrode
And the source electrode and the drain electrode are patterned to have at least one protrusion provided alternately with each other.
상기 채널은 복수의 그래핀 조각을 포함하는 광 흡수층이고,
상기 드레인과 상기 게이트 전극 사이에 동작 전압을 인가하고, 상기 소스 및 상기 드레인 사이에 전위차를 유지하는 단계; 및
상기 채널에 흐르는 전류 변화를 측정하여 수광 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 광 검출기의 동작방법.In the method of operating a photo detector comprising a gate electrode, a source, a drain and a channel,
The channel is a light absorbing layer including a plurality of pieces of graphene,
Applying an operating voltage between the drain and the gate electrode and maintaining a potential difference between the source and the drain; And
And determining whether to receive the light by measuring a change in the current flowing through the channel.
상기 채널에 흐르는 전류 변화를 측정하여 수광 여부를 판단하는 단계는,
광 전류를 측정하는 단계를 포함하는 광 검출기의 동작 방법.The method of claim 15,
Determining whether or not the light is received by measuring the change in current flowing through the channel,
Measuring the photocurrent;
상기 게이트 전극에 음의 동작 전압을 인가하는 광 검출기의 동작 방법.The method of claim 15,
And a negative operating voltage is applied to the gate electrode.
상기 복수의 그래핀 조각은 환원된 그래핀 산화물이고, 탄소(C)와 산소(O)의 비율(C/O)은 11.0 이하 또는 15.0 이상인 광 검출기의 동작 방법.The method of claim 15,
The plurality of graphene pieces are reduced graphene oxide, and the ratio (C / O) of carbon (C) and oxygen (O) is 11.0 or less or 15.0 or more.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110146101A KR101561659B1 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Photo-detector and methods for manufacturing and operating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110146101A KR101561659B1 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Photo-detector and methods for manufacturing and operating the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130077407A true KR20130077407A (en) | 2013-07-09 |
| KR101561659B1 KR101561659B1 (en) | 2015-10-21 |
Family
ID=48990659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110146101A KR101561659B1 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Photo-detector and methods for manufacturing and operating the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101561659B1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9425335B2 (en) | 2014-01-06 | 2016-08-23 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Optical detector |
| JP2017527507A (en) * | 2014-05-27 | 2017-09-21 | ノキア テクノロジーズ オサケユイチア | Apparatus and related methods |
| WO2019074320A1 (en) * | 2017-10-13 | 2019-04-18 | 건국대학교 산학협력단 | Varistor-based photodetector and image sensor comprising same |
| KR20200014116A (en) * | 2018-07-31 | 2020-02-10 | 주식회사 크레파스테크놀러지스 | Photo-sensor with micro-structure |
| WO2021153831A1 (en) * | 2020-01-31 | 2021-08-05 | 주식회사 크레파스테크놀러지스 | Photo sensor using micro-structure |
-
2011
- 2011-12-29 KR KR1020110146101A patent/KR101561659B1/en not_active Application Discontinuation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9425335B2 (en) | 2014-01-06 | 2016-08-23 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Optical detector |
| JP2017527507A (en) * | 2014-05-27 | 2017-09-21 | ノキア テクノロジーズ オサケユイチア | Apparatus and related methods |
| WO2019074320A1 (en) * | 2017-10-13 | 2019-04-18 | 건국대학교 산학협력단 | Varistor-based photodetector and image sensor comprising same |
| KR20190041742A (en) * | 2017-10-13 | 2019-04-23 | 건국대학교 산학협력단 | Phothdetector based on barristor and image sencor including the same |
| KR20200014116A (en) * | 2018-07-31 | 2020-02-10 | 주식회사 크레파스테크놀러지스 | Photo-sensor with micro-structure |
| WO2021153831A1 (en) * | 2020-01-31 | 2021-08-05 | 주식회사 크레파스테크놀러지스 | Photo sensor using micro-structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101561659B1 (en) | 2015-10-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI496310B (en) | Single and few-layer graphene based photodetecting devices | |
| Luo et al. | Light trapping and surface plasmon enhanced high-performance NIR photodetector | |
| KR102530217B1 (en) | Solar cells with tunnel dielectrics | |
| EP3605038B1 (en) | Electromagnetic wave detector, electromagnetic wave detector array, and electromagnetic wave detection method | |
| KR20130077407A (en) | Photo-detector and methods for manufacturing and operating the same | |
| JP5692708B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor solar cell | |
| US20220093809A1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
| CN104766902A (en) | Infrared light detecting transistor based on graphene carbon nano tube composite absorption layer | |
| CN107342345A (en) | A kind of phototransistor based on ferroelectricity gate medium and thin layer molybdenum disulfide raceway groove | |
| CN108987525B (en) | MSM photoelectric detector and manufacturing method thereof | |
| WO2013001153A2 (en) | Method and apparatus for converting photon energy to electrical energy | |
| KR20150083150A (en) | Graphene photodetector and method for manufacturing graphene photodetector | |
| US9564588B2 (en) | Device for detecting surface plasmon and polarization by using topological insulator, method of manufacturing the device, and method of detecting surface plasmon and polarization | |
| Tran et al. | Photoresponsive properties of ultrathin silicon nanowires | |
| CN106024968A (en) | Graphene/carbon nanotube thin film schottky junction photoelectric detector and preparation method therefor | |
| Kim et al. | Highly-performing Ni/SiO2/Si MIS photodetector for NIR detecting applications | |
| CN111628020A (en) | Photodiode based on TMDCs transverse PIN homojunction and preparation method | |
| Khan et al. | Towards flexible asymmetric MSM structures using Si microwires through contact printing | |
| JP7499857B2 (en) | Electromagnetic wave detector and electromagnetic wave detector assembly | |
| Young et al. | Fabrication of silicon dioxide by photo-chemical vapor deposition to decrease detector current of ZnO ultraviolet photodetectors | |
| Kim et al. | Self-powered silicon metal–semiconductor–metal photodetector based on asymmetric Schottky barrier heights | |
| KR102228652B1 (en) | Photodiode type self-powered gas sensor and preparation method thereof | |
| Lin et al. | Investigation on edge fringing effect and oxide thickness dependence of inversion current in metal-oxide-semiconductor tunneling diodes with comb-shaped electrodes | |
| Rasool et al. | Photodetection and transport properties of surface capped silicon nanowires arrays with polyacrylic acid | |
| KR20150040671A (en) | Graphene device including metal electrode with plasmonic pattern |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181016 Year of fee payment: 4 |