KR20140025359A - 이득 (ｅｃ)을 갖는 광검출기 및 업컨버젼 소자 - Google Patents

이득 (ｅｃ)을 갖는 광검출기 및 업컨버젼 소자 Download PDF

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KR20140025359A
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프랭키 소
김도영
바벤드라 프라단
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유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 인코포레이티드
나노홀딩스,엘엘씨
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Abstract

본 발명의 실시양태는 광검출기의 캐소드와 IR 감응 층 사이에 전하 증폭 층 (CML)을 배치함으로써 생성된 이득(gain)을 갖는 IR 광검출기에 관한 것이며, 여기서 CML에서의 전하 축적은 캐소드와 CML 간의 에너지 차이를 감소시켜서 전자 단독 소자를 위해서 이득을 유발하는 전자의 주입을 촉진시킨다. 본 발명의 다른 실시양태는 이득을 갖는 IR 광검출기를 나이트 비젼(night vision) 및 다른 응용에서 사용될 수 있는 IR-대-가시광 업-컨버젼 소자에 포함시키는 것에 관한 것이다.

Description

이득 (ＥＣ)을 갖는 광검출기 및 업컨버젼 소자 {PHOTODETECTOR AND UPCONVERSION DEVICE WITH GAIN (EC)}
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2011년 2월 28일자로 출원된 미국 가출원 일련 번호 61/447,406의 이익을 청구하며, 임의의 도면, 표 또는 도를 비롯한 이의 전문은 참고로 본 명세서에 포함된다.
기존의 야간 투시경(night vision goggle)은 자신의 광원을 의존하는 것이 아니라 존재하는 광을 강화시키는 복합 전자-광학 소자이다. 전형적인 구성에서, 대물 렌즈로 지칭되는 종래의 렌즈는 주변 광 및 일부 근적외선 광을 캡쳐한다. 이어서, 수집된 광은 상-강화관(image-intensifier tube)으로 보내진다. 상-강화관은 광 캐소드를 사용하여 광 에너지의 광자를 전자로 전환시킬 수 있다. 전자가 관을 통과할 때, 본래 전자 수에 수천 배수를 곱한 더 많은 전자가 관 내에서 원자로부터 방출될 수 있고, 이것은 종종 마이크로 채널 플레이트(micro channel plate) (MCP)를 사용하여 성취된다. 상-강화관은 캐스케이드된(cascaded) 전자가 튜브의 단부 (여기서, 전자는 이들이 통과하는 채널의 위치를 유지함)에서 인광체(phosphor)로 코팅된 스크린에 부딪히도록 배치될 수 있다. 전자의 에너지는 인광체가 여기 상태에 도달하고, 광자를 방출하여 나이트 비젼(night vision)을 특징짓는 스크린 상에 녹색 상을 생성하게 한다. 녹색 인광체 이미지는 이미지가 확대되고, 포커싱되는 대안 렌즈를 통해서 보일 수 있다.
최근, 광 업-컨버젼 소자(light up-conversion device)는, 나이트 비젼, 거리 측정 및 보안, 뿐만 아니라 반도체 웨이퍼 조사에서의 이들의 잠재적인 응용으로 인해서 많은 연구 관심을 받아왔다. 초기 근적외선 (NIR) 업-컨버젼 소자는 대부분 광검출 및 발광성 부분이 일렬(in series)인 무기 반도체의 이종접합(heterojunction) 구조체를 기재로 한다. 업-컨버젼 소자는 주로 광검출 방법에 의해서 구별된다. 소자의 업-컨버젼 효율은 전형적으로 매우 낮다. 예를 들어, 발광 다이오드 (LED)를 반도체 기재 광검출기와 통합시킨 임의의 NIR-대-가시광 소자는 단지 0.048 (4.8%) W/W의 최대 외부 변환 효율(conversion efficiency)을 나타낸다. InGaAs/InP 광검출기가 유기 발광 다이오드 (OLED)에 커플링된 하이브리드 유기/무기 업-컨버젼 소자는 0.7% W/W의 외부 변환 효율을 나타낸다. 현재, 무기 및 하이브리드 업-컨버젼 소자는 제조 비용이 높으며, 이들 소자를 제조하는데 사용되는 방법이 많은 분야 응용과 호환되지 않는다. 보다 높은 변환 효율을 갖는 저비용 업-컨버젼 소자를 성취하기 위한 노력이 행해지고 있지만, 실용적인 업-컨버젼 소자를 위해서 충분한 효율을 허용하는 어떤 것도 인지되지 않았다. 따라서, 현재 사용가능하고, 비용 효과적인 방식으로 제조될 수 있는 광 방출체 물질 및 IR 광검출기를 사용할 수 있는 업-컨버젼 소자의 보다 높은 효율을 성취하는 것이 여전히 필요하다.
발명의 개요
본 발명의 실시양태는 캐소드, IR 감응 물질 층, 전하 증폭 층 (CML) 및 애노드를 포함하는, 이득(gain)을 갖는 IR 광검출기에 관한 것이다. CML은 IR 감응 물질 층을 캐소드로부터 분리시키고 IR 방사선의 부재 하에 캐소드의 페르미 준위(Fermi level)보다 0.5 eV 이상 높은 LUMO 준위를 갖는다. 대안적으로, CML은 IR 감응 물질 층을 애노드로부터 분리시키고 IR 방사선의 부재 하에 애노드의 페르미 준위보다 0.5 eV 이상 낮은 HOMO 준위를 갖는다. 본 발명의 실시양태에서, IR 감응 물질 층은 PCTDA, SnPc, SnPc:C60, AlPcCl, AlPcCl:C60, TiOPc, TiOPc:C60, PbSe QD, PbS QD, PbSe, PbS, InAs, InGaAs, Si, Ge 또는 GaAs를 포함하고, CML은 나프탈렌 테트라카르복실산 무수물 (NTCDA), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP), p-비스(트리페닐실릴)-벤젠 (UGH2), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BPhen), 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3), 3,5'-N,N'-디카르바졸-벤젠 (mCP), C60, 트리스[3-(3-피리딜)메시틸]-보란 (3TPYMB), ZnO 또는 TiO2를 포함한다. 본 발명의 다른 실시양태에서, IR 감응 물질 층은 PbSe QD 또는 PbS QD를 포함하고, CML은 올레산, 아세틸아민, 에탄티올, 에탄디티올 (EDT) 또는 벤젠디티올 (BTD)을 포함한다. 이득을 갖는 IR 광검출기는 IR 감응 물질 층을 애노드로부터 분리시키는 정공 차단 층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태는 이득을 갖는 IR 광검출기 및 유기 발광 다이오드 (OLED)를 포함하는, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자에 관한 것이다. OLED는 캐소드, 전자 수송 층 (ETL), 발광 층 (LEL), 정공 수송 층 (HTL) 및 애노드를 포함한다. ETL은 트리스[3-(3-피리딜)-메시틸]보란 (3TPYMB), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BPhen) 또는 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3)을 포함한다. 발광 층 (LEL)은 트리스-(2-페닐피리딘) 이리듐, Ir(ppy)3, 폴리-[2-메톡시, 5-(2'-에틸-헥실옥시) 페닐렌 비닐렌] (MEH-PPV), 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3) 또는 이리듐 (III) 비스-[(4,6-디-플루오로페닐)-피리디네이트-N,C2']피콜리네이트 (FIrpic)를 포함한다. HTL은 1,1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산 (TAPC), N,N'-디페닐-N,N'(2-나프틸)-(1,1'-페닐)-4,4'-디아민 (NPB) 또는 N,N'-디페닐-N,N'-디(m-톨릴) 벤지딘 (TPD)을 포함한다. 이득을 갖는 업-컨버젼 소자는 이득을 갖는 IR 광검출기를 OLED로부터 분리시키는 상호연결 층을 추가로 포함할 수 있다. 상호연결 층은 얇은 금속 또는 스택 상호연결 층(stack interconnect layer)을 포함한다.
도 1은 a) IR 감응 층과 애노드 사이에 정공 차단 층이 없는 본 발명에 따른 이득을 갖는 IR 광검출기의 도식적인 에너지 밴드 다이아그램 및 b) IR 감응 층과 애노드 사이에 정공 차단 층이 있는 본 발명에 따른 이득을 갖는 IR 광검출기의 도식적인 에너지 밴드 다이아그램을 나타낸다.
도 2는 a) 어둠에서 인가 전압 하의 본 발명의 실시양태에 따른 이득을 갖는 IR 광검출기의 도식적인 에너지 밴드 다이아그램, b) 초기 IR 조사 시 인가 전압 하의 본 발명의 실시양태에 따른 이득을 갖는 IR 광검출기의 도식적인 에너지 밴드 다이아그램, 및 c) 인가 전압 및 IR 조사 하의 본 발명의 실시양태에 따른 이득을 갖는 IR 광검출기의 도식적인 에너지 밴드 다이아그램 (여기서, 전하 증폭 층 (CML)에서의 정공 축적이 에너지 준위 차이를 감소시키고, 이것은 이의 LUMO와 캐소드의 페르미 준위 간의 에너지 차이를 감소시키거나 제거하고, 캐소드로부터의 전자 주입을 촉진시킴)을 나타낸다.
도 3은 a) 본 발명의 실시양태에 따른 유기 IR 감응 층을 갖는 IR 광검출기 및 전압의 함수로서의 광검출기에 대한 이득의 그래프, 및 b) 본 발명의 실시양태에 따른 무기 IR 감응 층을 갖는 IR 광검출기, 및 다양한 인가 전압에서 파장의 함수로서의 광검출기에 대한 이득의 그래프를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시양태에 따른 이득을 갖는 적외선-대-가시광 업-컨버젼 소자의 도식적인 에너지 밴드 다이아그램을 나타낸다.
도 5는 a) 어둠에서 인가 전압 하의 본 발명의 실시양태에 따른 이득을 갖는 적외선-대-가시광 업-컨버젼 소자의 도식적인 에너지 밴드 다이아그램, b) 초기 IR 조사 시 인가 전압 하의 본 발명의 실시양태에 따른 이득을 갖는 적외선-대-가시광 업-컨버젼 소자의 도식적인 에너지 밴드 다이아그램, 및 c) 인가 전압 및 IR 조사 하의 본 발명의 실시양태에 따른 이득을 갖는 적외선-대-가시광 업-컨버젼 소자의 도식적인 에너지 밴드 다이아그램 (여기서, CML에서의 정공 축적이 에너지 준위 차이를 감소시키고, 이것은 이의 LUMO와 캐소드의 페르미 준위 간의 에너지 차이를 감소시키거나 제거하여 캐소드에 의해서 주입되고 광검출기에 의해서 생성된 전자가 가시광 발광 층 (LEL)에 제공됨)을 나타낸다.
본 발명의 실시양태는 이득을 갖는 광검출기를 포함하는 업-컨버젼 소자에 관한 것이다. 이득이 존재함으로써, IR 광검출기로부터의 신호가 증폭되어 업-컨버젼 소자의 광 방출체가 더 큰 콘트라스트를 갖는 더 높은 강도를 방출한다. 본 발명의 실시양태는 광검출기를 전하 증폭 층 (CML)과 커플링시킴으로써 이득을 성취한다. 이득을 갖는 광검출기의 개략도가 도 1a에 도시되어 있으며, 여기서 IR 감응 층, 광검출기는 캐소드의 일함수에 대해서, 깊은 최고 준위 점유 분자 궤도 (HOMO) 및 최저 준위 비점유 분자 궤도 (LUMO)를 특징으로 하는, 에너지 준위를 갖는 CML에 의해서 캐소드로부터 분리되며, 이것은 IR 방사선의 부재 하에 적어도 0.5 eV의 주입 장벽을 유발한다. 임의로는, 본 발명의 실시양태에서, 정공 차단 층 (HBL)이 도 1b에 도시된 바와 같이 IR 감응 층과 애노드 사이에 존재한다.
본 발명의 실시양태에 따른 이득을 갖는 광검출기가 기능하는 방식이 도 2a에 도식적으로 도시되어 있다. 어떤 IR 방사선도 IR 감응 층을 비추지 않는 어둠에서 인가 바이어스를 사용하면, 도 2a에 도시된 바와 같이 0.5 eV 이상의 CML 장벽으로 인해서 캐소드로부터의 전자의 주입이 거의 없거나 또는 전혀 없다. 도 2에 도시된 바와 같이, 소자는 전자 단독 소자(electron only device)로서 작용한다. 이 소자 및 본 발명의 대부분의 소자는 전자 단독 소자에 관한 것이지만, 당업자는 IR 방사선의 부재 하에 정공 단독 소자(hole only device)로서 작용하는 소자가 반대 전기 바이어스 및 CML (여기서, 애노드의 일함수에 대한 에너지 준위는 정공보다 전자의 축적을 촉진함)의 존재에 의해서 이득을 갖는 소자를 위해서 유사한 방식으로 구성될 수 있음을 인식할 것이다. IR 조사 시, IR 감응 층은 도 2b에 도시된 바와 같이 인가 바이어스로 인해서 애노드로 유동하는 전자를 갖는 전자-정공 쌍을 생성한다. 광생성된 정공의 반대 흐름이 CML에서의 정공 축적을 유발하며, 이것은 도 2c에 도시된 바와 같이 CML로의 전자 주입에 대한 장벽을 0.5 eV 미만으로 감소시키고, 인가 바이어스 하에서 애노드를 향하는 전자 전류를 상당히 증가시킨다.
본 발명의 실시양태에서, IR 광검출층은 무기물질일 수 있다. 예시적인 업-컨버젼 소자에서, PbSe 양자 점(quantum dot) (QD)의 층은 IR 광검출기로서 사용될 수 있고, MEH-PPV는 전계발광 OLED로서 사용될 수 있다. PbSe 이외에, 사용될 수 있는 다른 QD에는 PbS가 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. IR 검출기로서 사용될 수 있는 다른 무기 물질에는 PbSe, PbS, InAs, InGaAs, Si, Ge, 또는 GaAs의 연속적인 박막이 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시양태에서, IR 광검출기는 페릴렌-3,4,9,10-테트라카르복실-3,4,9,10-이무수물 (PTCDA), 주석 (II) 프탈로시아닌 (SnPc), SnPc:C60, 알루미늄 프탈로시아닌 클로라이드 (AlPcCl), AlPcCl:C60, 티타닐 프탈로시아닌 (TiOPc), 및 TiOPc:C60이 포함되지만, 이에 제한되지 않는 물질을 포함하는 유기물질 또는 유기금속이다.
CML을 포함함으로써, IR 광검출기는 이득을 나타내어 업-컨버젼 소자의 효율을 개선시킨다. 예시적인 CML은 나프탈렌 테트라카르복실산 무수물 (NTCDA)이다. 본 발명의 실시양태에서 사용될 수 있는 다른 CML에는 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP), p-비스(트리페닐실릴)벤젠 (UGH2), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BPhen), 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3), 3,5'-N,N'-디카르바졸-벤젠 (mCP), C60, 트리스[3-(3-피리딜)-메시틸]보란 (3TPYMB), ZnO 또는 TiO2가 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. IR 광검출기가 무기물질일 때, CML은 무기 감광 물질을 캡핑하는 유기 리간드, 예컨대 올레산일 수 있다. CML의 포함은 광검출기의 효율을 상당히 개선시킨다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, PTCDA IR 감응 층 및 NTCDA CML을 사용하면, -20 V의 포텐셜(potential)이 전극을 통해서 도입되는 경우 100을 초과하는 이득이 관찰된다. 광검출기로서의 PbSe QD 및 유기 리간드인 올레산을 사용하면, 도 3b에 도시된 바와 같이 작은 포텐셜, 즉, -1.5 V가 근 IR에서 최대 6배의 이득을 생성하기에 충분하다.
본 발명의 다른 실시양태는 CML을 포함함으로써 이득을 갖는 광검출기를 갖는 업-컨버젼 소자에 관한 것이다. 본 발명의 실시양태에 따른 업-컨버젼 소자의 예시적인 도식적인 에너지 밴드 다이아그램이 도 4에 도시되어 있다. IR 광검출기 및 CML 이외에, 업-컨버젼 소자는 애노드, 캐소드, 발광 층, 정공 수송 층 및 전자 수송 층을 포함한다. 애노드는 산화인듐주석 (ITO), 산화인듐아연 (IZO), 산화알루미늄주석 (ATO), 산화알루미늄아연 (AZO), 탄소 나노튜브 및 은 나노와이어일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 발광 층으로서 사용될 수 있는 물질에는 트리스-(2-페닐피리딘) 이리듐, Ir(ppy)3, 폴리-[2-메톡시, 5-(2'-에틸-헥실옥시) 페닐렌 비닐렌] (MEH-PPV), 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3), 및 이리듐 (III) 비스-[(4,6-디-플루오로페닐)-피리디네이트-N,C2']피콜리네이트 (FIrpic)가 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 캐소드는 LiF/Al일 수 있거나, 또는 Ag, Ca, Mg, LiF/Al/ITO, Ag/ITO, CsCO3/ITO 및 Ba/Al이 포함되지만 이에 제한되지 않는 적절한 일함수를 갖는 임의의 전도체일 수 있다. 전자 수송 층으로서 사용될 수 있는 물질에는 트리스[3-(3-피리딜)-메시틸]보란 (3TPYMB), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BPhen) 및 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3)이 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 정공 수송 층으로서 사용될 수 있는 물질에는 1,1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산 (TAPC), N,N'-디페닐-N,N'(2-나프틸)-(1,1'-페닐)-4,4'-디아민 (NPB) 및 N,N'-디페닐-N,N'-디(m-톨릴) 벤지딘 (TPD)이 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 당업자는 상대적인 일함수, HOMO 및 LUMO 준위, 층 상용성, 및 이들의 제조 동안 사용되는 임의의 바람직한 침착 방법의 본성에 의해서, 애노드, 캐소드, IR 광검출기, 발광 층, 정공 수송 층, 및 전자 수송 층의 적절한 조합을 쉽게 인지할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 상호연결 층이 또한 포함될 수 있고, 여기서 상호연결 층은 업-컨버젼 소자의 IR 광검출 부분을 소자의 발광 부분에 연결한다. 존재하는 경우, 상호연결 층은 얇은 금속 (예를 들어, 약 0.5 내지 3 nm 두께의 Al, Ag 또는 Au)이거나 또는 n-형 도핑된 유기 층/얇은 금속 상호연결 층/p-형 도핑된 유기 층을 포함하는 스택 상호연결 층일 수 있고; 여기서 n-형 도핑된 유기 층은 Cs2CO3 도핑 Bphen, Cs2CO3 도핑 BCP, Cs2CO3 도핑 ZnO, Li 도핑 Bphen, Li 도핑 BCP, LiF 도핑 Bphen, LiF 도핑 BCP일 수 있지만, 이에 제한되지는 않으며; 얇은 금속 상호연결 층은 약 0.5 내지 3 nm 두께의 Al, Ag 또는 Au일 수 있고; p-형 도핑된 유기 층은 MoO3 도핑 TAPC, MoO3 도핑 NPB, HAT CN 도핑 TAPC, 또는 HAT CN 도핑 NPB일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 5에 도시된 바와 같이, 업-컨버젼 소자는 IR 감지 층(sensing layer)이 정공 및 전자를 생성할 경우에만 발광 층 (LEL)으로 전자가 흐르는 것을 허용하여, CML은 IR 감지 층에 의해서 생성되는 것 이외에, 캐소드로부터의 전자의 흐름에 의해서 이득을 촉진한다. 도 5에서, 전자 수송 층 또한 IR 감지 층에 대한 정공 차단 층으로 기능한다. 도 5에 도시된 바와 같은 상호연결 층은 도 5에 도시된 바와 같이 전자 단독 소자에서 광검출기로부터 전자 수송을 제공한다. 당업자가 인식할 수 있는 바와 같이, 정공 단독 소자 내의 상호연결 층은 정공 수송을 제공할 것이다.
최근, 본 발명자 중 일부를 포함한 연구 그룹은 2010년 5월 24일자로 출원되고 본 명세서에 참고로 포함된 미국 가출원 번호 61/347,696에서 애노드와 IR 검출층 사이에 배치된 정공 차단 층 (HBL)을 갖는 효율이 개선된 IR-대-녹색광 업-컨버젼 소자를 개시하였다. 예를 들어, HBL층은 ITO 애노드와 SnPc:C60 IR 감응 층 사이에 배치될 수 있어서, ITO 애노드로부터의 정공 캐리어가 효율적으로 블로킹되고, 충분히 높은 전압 및 IR 조사가 인가될 때까지 업-컨버젼 소자의 가시적인 휘도(visible luminance)를 억제한다. HBL을 포함하는 본 발명의 실시양태에서, HBL은 유기 화합물 또는 무기 화합물일 수 있다. 유기 HBL은 어둠 및 IR 조사 하에서 예를 들어, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP) 또는 p-비스(트리페닐실릴)벤젠 (UGH2)을 포함할 수 있다. 이들 HBL 물질은 깊은 HOMO 준위를 갖는다. 이들 물질은 또한 작은 LUMO 에너지를 갖기 때문에, 정공 차단 층과 IR 감응 층 사이에서의 전하 발생은 무시해도 될 정도이다. BCP 및 UGH2 이외에, 본 발명의 실시양태에서 사용될 수 있는 유기 정공 차단 층에는 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BPhen), 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3), 3,5'-N,N'-디카르바졸-벤젠 (mCP), C60, 및 트리스[3-(3-피리딜)-메시틸]보란 (3TPYMB)이 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 무기 HBL을 포함하는 본 발명의 실시양태에서, 무기 화합물은 ZnO 또는 TiO2일 수 있다. 전자 수송 층으로서 사용될 수 있는 물질에는 트리스[3-(3-피리딜)-메시틸]보란 (3TPYMB), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BPhen) 및 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3)이 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시양태는 적외선 (IR) 방사선을 검출하고 시각적인 산출을 제공하기 위한 방법 및 소자에 관한 것이다. 가벼운 러기드(rugged) 가요성 플라스틱 기판과의 상용성으로 인해서, 본 발명의 실시양태에 따른 업-컨버젼 소자는 성분, 예를 들어, 나이트 비젼, 거리 측정, 보안 및 반도체 웨이퍼 조사를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 다수의 응용을 위한 픽셀로서 사용될 수 있다.
방법 및 물질
면적이 0.04 cm2인 이득을 갖는 유기 광검출기를 시트 저항이 20 Ω/스퀘어(square)인 패턴화 ITO 기판 상에 제조하였다. ITO 기판을 초음파 세정기 내에서 아세톤 및 이소프로판올로 세정하고, 탈이온수로 헹구고, N2 기체로 블로잉 건조하고, 15분 동안 UV 오존으로 처리하였다. PTCDA 및 NTCDA를 승화 정제(train sublimation)에 의해서 2회 이상 정제하였다. 이득을 갖는 유기 광검출기는 구조 ITO/NTCDA(50 nm)/PTCDA(300 nm)/NTCDA(50 nm)/Au(100 nm)를 가졌고, 여기서 상부 3층 PTCDA, NTCDA 및 Au는 각각 광 감응 층, CML, 및 상부 전극이고, 이들을 1 x 10-6 토르의 압력에서 1 Å/s의 속도에서 진공 침착시켰다. 모든 층을 1 x 10-6 토르의 압력에서 진공 침착시켰다.
전류 밀도 대 전압 (J-V) 특징을 라세르메이트 그룹, 인크(Lasermate Group, Inc)로부터의 532 nm 파장의 녹색 레이저를 사용하는 조사 하에서 어둠에서 측정하였다. 중성 밀도 필터 및 뉴포트 옵티컬 파워 미터(Newport Optical Power Meter) 840-E를 사용하여 100 μW/cm2의 광 강도를 제어하였다. 유기 필름에 의해서 흡수된 광자의 수에 대한 광 조명에 의해서 소자를 통해서 유동하는 전하 캐리어의 수의 비로서 이득을 계산하였다. Au 전극을 접지하고, 전압 바이어스를 ITO 전극 상에 인가하였다. 캡슐화하지 않고 공기 중에서 소자 측정을 수행하였다.
면적이 0.04 cm2인 이득을 갖는 무기 광검출기를 시트 저항이 20 Ω/스퀘어인 패턴화 ITO 기판 상에 제조하였다. 올레산 캡핑 기(capping group)를 갖는 PbSe 나노결정을 질소 글러브 박스 내부에서 UV-오존 처리된 ITO-코팅된 유리 기판 상에 스핀-코팅하였다. 100 nm 두께의 Al 캐소드를 활성 면적이 4 mm2인 쇄도우 마스크를 통해서 약 10-6 토르의 압력에서 열 침착시켰다. 최종 소자는 올레산 캡핑 리간드/Al을 갖는 ITO/PbSe의 구조를 갖는다.
소자의 전류-전압 (I-V) 특징을 케이틀레이(Keithley) 4200 반도체 파라미터 분석기를 사용하여 측정하였다. 광원으로서 오리엘 솔라 시뮬레이터(Oriel solar simulator)를 사용하는 뉴포트 모노크로메이터(Newport monochromator)로부터의 단색광(monochromatic light)을 사용하여 소자를 조사하였다. 하나는 스펙트럼의 가시광 부분이고 다른 하나는 스펙트럼의 적외선 부분인 2개의 교정 뉴포트 918D 광다이오드를 사용하여 조명 강도를 측정하였다. 입사 조사의 강도를 중성 밀도 필터 세트를 사용하여 변화시켰다. 광검출기의 스펙트럼 반응을 수득하기 위해서, 모노크로메이터로부터의 광을 400 Hz에서 쪼개어 광신호를 조절하였다. 스탠포드 리서치 시스템(Stanford Research System) SR810 DSP 락-인 앰플리파이어(lock-in amplifier)를 사용하여 바이어스 전압의 함수로서의 광전류 반응을 측정하였다.
본 명세서에서 참고되거나 또는 언급된 모든 특허, 특허 출원, 가출원 및 공고는 이들이 본 명세서의 명백한 교시 내용과 불일치하지 않은 정도로 모든 도면 및 표를 비롯한 이들의 전문이 참고로 포함된다.
본 발명에 기재된 예 및 실시양태는 단지 설명의 목적을 위해서이며, 이들에 비추어 다양한 개질 또는 변경이 당업자에게 제안될 것이며 본 출원의 취지 및 이해의 범위에 포함될 것이다.

Claims (19)

  1. 캐소드, IR 감응 물질 층, 전하 증폭 층 (CML) 및 애노드를 포함하며, 여기서 CML은 IR 감응 물질 층을 캐소드로부터 분리시키고 IR 방사선의 부재 하에 캐소드의 페르미 준위(Fermi level)보다 0.5 eV 이상 높은 LUMO 준위를 갖거나, 또는 CML은 IR 감응 물질 층을 애노드로부터 분리시키고 IR 방사선의 부재 하에 애노드의 페르미 준위보다 0.5 eV 이상 낮은 HOMO 준위를 갖는 것인, 이득(gain)을 갖는 IR 광검출기.
  2. 제1항에 있어서, 캐소드가 Ag, Ca, Mg, 산화인듐주석 (ITO), 산화인듐아연 (IZO), 산화알루미늄주석 (ATO), 산화알루미늄아연 (AZO), LiF/Al/ITO, Ag/ITO, CsCO3/ITO 탄소 나노튜브 또는 은 나노와이어를 포함하는 것인, 이득을 갖는 IR 광검출기.
  3. 제1항에 있어서, IR 감응 물질 층이 PCTDA, SnPc, SnPc:C60, AlPcCl, AlPcCl:C60, TiOPc, TiOPc:C60, PbSe QD, PbS QD, PbSe, PbS, InAs, InGaAs, Si, Ge 또는 GaAs를 포함하는 것인, 이득을 갖는 IR 광검출기.
  4. 제1항에 있어서, CML이 나프탈렌 테트라카르복실산 무수물 (NTCDA), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP), p-비스(트리페닐실릴)벤젠 (UGH2), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BPhen), 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3), 3,5'-N,N'-디카르바졸-벤젠 (mCP), C60, 트리스[3-(3-피리딜)-메시틸]보란 (3TPYMB), ZnO 또는 TiO2를 포함하는 것인, 이득을 갖는 IR 광검출기.
  5. 제1항에 있어서, 애노드가 Ag, Ca, Mg, 산화인듐주석 (ITO), 산화인듐아연 (IZO), 산화알루미늄주석 (ATO), 산화알루미늄아연 (AZO), LiF/Al/ITO, Ag/ITO, CsCO3/ITO, 탄소 나노튜브 또는 은 나노와이어를 포함하는 것인, 이득을 갖는 IR 광검출기.
  6. 제1항에 있어서, IR 감응 물질 층이 PbSe QD 또는 PbS QD를 포함하고, CML이 올레산, 아세틸아민, 에탄티올, 에탄디티올 (EDT) 또는 벤젠디티올 (BTD)을 포함하는 것인, 이득을 갖는 IR 광검출기.
  7. 제1항에 있어서, IR 감응 물질 층을 애노드로부터 분리시키는 정공 차단 층을 더 포함하는, 이득을 갖는 IR 광검출기.
  8. 제7항에 있어서, 정공 차단 층이 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP), p-비스(트리페닐실릴)벤젠 (UGH2), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BPhen), 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3), 3,5'-N,N'-디카르바졸-벤젠 (mCP), C60, 트리스[3-(3-피리딜)-메시틸]보란 (3TPYMB), ZnO 또는 TiO2를 포함하는 것인, 이득을 갖는 IR 광검출기.
  9. 제1항의 이득을 갖는 IR 광검출기 및 유기 발광 다이오드 (OLED)를 포함하는, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자(up-conversion device).
  10. 제9항에 있어서, OLED가 캐소드, 전자 수송 층 (ETL), 발광 층 (LEL), 정공 수송 층 (HTL) 및 애노드를 포함하는 것인, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자.
  11. 제10항에 있어서, 캐소드가 Ag, Ca, Mg, 산화인듐주석 (ITO), 산화인듐아연 (IZO), 산화알루미늄주석 (ATO), 산화알루미늄아연 (AZO), LiF/Al/ITO, Ag/ITO, CsCO3/ITO, 탄소 나노튜브 또는 은 나노와이어를 포함하는 것인, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자.
  12. 제10항에 있어서, ETL이 트리스[3-(3-피리딜)-메시틸]보란 (3TPYMB), 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BPhen) 또는 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3)을 포함하는 것인, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자.
  13. 제10항에 있어서, 발광 층 (LEL)이 트리스-(2-페닐피리딘) 이리듐, Ir(ppy)3, 폴리-[2-메톡시, 5-(2'-에틸-헥실옥시) 페닐렌 비닐렌] (MEH-PPV), 트리스-(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (Alq3) 또는 이리듐 (III) 비스-[(4,6-디-플루오로페닐)-피리디네이트-N,C2']피콜리네이트 (FIrpic)를 포함하는 것인, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자.
  14. 제10항에 있어서, HTL이 1,1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산 (TAPC), N,N'-디페닐-N,N'(2-나프틸)-(1,1'-페닐)-4,4'-디아민 (NPB) 또는 N,N'-디페닐-N,N'-디(m-톨릴) 벤지딘 (TPD)을 포함하는 것인, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자.
  15. 제10항에 있어서, 애노드가 산화인듐주석 (ITO), 산화인듐아연 (IZO), 산화알루미늄주석 (ATO), 산화알루미늄아연 (AZO), 탄소 나노튜브 또는 은 나노와이어를 포함하는 것인, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자.
  16. 제9항에 있어서, 제1항의 이득을 갖는 IR 광검출기를 OLED로부터 분리시키는 상호연결 층을 더 포함하는, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자.
  17. 제16항에 있어서, 상호연결 층이 얇은 금속 또는 스택 상호연결 층을 포함하는 것인, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자.
  18. 제17항에 있어서, 얇은 금속이 Al, Ag 및 Au를 포함하고 0.1 내지 3 nm의 두께를 갖는 것인, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자.
  19. 제17항에 있어서, 스택 상호연결 층이 n-형 도핑된 유기 층, 얇은 금속 층 및 p-형 도핑된 유기 층을 포함하고; 여기서, n-형 도핑된 유기 층은 Cs2CO3 도핑된 Bphen, Cs2CO3 도핑된 BCP, Cs2CO3 도핑된 ZnO, Li 도핑된 Bphen, Li 도핑된 BCP, LiF 도핑된 Bphen 또는 LiF 도핑된 BCP를 포함하고; 얇은 금속은 Al, Ag 또는 Au의 0.1 내지 3 nm 두께의 층을 포함하고; p-형 도핑된 유기 층은 MoO3 도핑된 TAPC, MoO3 도핑된 NPB, HAT CN 도핑된 TAPC 또는 HAT CN 도핑된 NPB를 포함하는 것인, 이득을 갖는 업-컨버젼 소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101513406B1 (ko) 2006-09-29 2015-04-17 유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 인크. 적외선 감지 및 표시를 위한 방법 및 장치
EP2577747B1 (en) 2010-05-24 2018-10-17 University of Florida Research Foundation, Inc. Method and apparatus for providing a charge blocking layer on an infrared up-conversion device
AU2012299422A1 (en) 2011-02-28 2013-09-12 Nanoholdings, Llc Photodetector and upconversion device with gain (EC)
RU2014102650A (ru) 2011-06-30 2015-08-10 Юниверсити Оф Флорида Рисеч Фаундэйшн, Инк. Усиливающий инфракрасный фотодетектор и его применение для обнаружения ик-излучения
KR20160078954A (ko) * 2013-08-29 2016-07-05 유니버시티 오브 플로리다 리서치 파운데이션, 아이엔씨. 용액-처리된 무기 반도체로부터의 공기 안정성 적외선 광검출기
WO2015193875A1 (en) * 2014-06-16 2015-12-23 B. G. Negev Technologies And Applications Ltd., At Ben-Gurion University Swir to visible image up-conversion integrated device
EP3308113A4 (en) 2015-06-11 2019-03-20 University of Florida Research Foundation, Incorporated MONODISPERSED IR ABSORPTION NANOPARTICLES AND METHODS AND DEVICES THEREOF
EP3347915A4 (en) 2015-09-11 2019-05-08 University of Florida Research Foundation, Inc. VERTICAL FIELD EFFECT TRANSISTOR
WO2017044805A1 (en) * 2015-09-11 2017-03-16 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Light emitting phototransistor
WO2017132568A1 (en) * 2016-01-29 2017-08-03 University Of Florida Research Foundation, Incorporated Organic light-emitting diodes comprising grating structures and light extraction layers
JP2017175714A (ja) * 2016-03-22 2017-09-28 公益財団法人神奈川科学技術アカデミー 電流電圧測定システム及び電流電圧測定方法
CN108428801A (zh) * 2018-03-13 2018-08-21 华南理工大学 一种有机上转换器件
JP7163803B2 (ja) * 2019-02-01 2022-11-01 住友電気工業株式会社 半導体受光デバイス
CN110265561A (zh) * 2019-06-17 2019-09-20 深圳扑浪创新科技有限公司 一种纯量子点上转换发光器件及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010506386A (ja) * 2006-09-29 2010-02-25 ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファンデーション インコーポレーティッド 赤外線検出および表示のための方法および装置

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11329736A (ja) * 1998-05-20 1999-11-30 Futaba Corp 光変調鏡
JP2000349365A (ja) * 1999-06-07 2000-12-15 Futaba Corp 光電流増倍素子
JP2001006876A (ja) * 1999-06-25 2001-01-12 Futaba Corp 光−光変換素子
US20030052365A1 (en) 2001-09-18 2003-03-20 Samir Chaudhry Structure and fabrication method for capacitors integratible with vertical replacement gate transistors
US20040031965A1 (en) * 2002-08-16 2004-02-19 Forrest Stephen R. Organic photonic integrated circuit using an organic photodetector and a transparent organic light emitting device
US6869699B2 (en) * 2003-03-18 2005-03-22 Eastman Kodak Company P-type materials and mixtures for electronic devices
US7053412B2 (en) * 2003-06-27 2006-05-30 The Trustees Of Princeton University And Universal Display Corporation Grey scale bistable display
US6881502B2 (en) 2003-09-24 2005-04-19 Eastman Kodak Company Blue organic electroluminescent devices having a non-hole-blocking layer
US6972431B2 (en) * 2003-11-26 2005-12-06 Trustees Of Princeton University Multilayer organic photodetectors with improved performance
US7300731B2 (en) 2004-08-10 2007-11-27 E.I. Du Pont De Nemours And Company Spatially-doped charge transport layers
WO2007017475A1 (de) * 2005-08-08 2007-02-15 Siemens Aktiengesellschaft Organischer photodetektor mit erhöhter empfindlichkeit, sowie verwendung eines triarylmin-fluoren-polymers als zwischenschicht in einem photodetektor
JP2009509129A (ja) * 2005-08-25 2009-03-05 エドワード・サージェント 高利得及び高感度の量子ドット光学デバイス及びその作製方法
JP2008016831A (ja) * 2006-06-09 2008-01-24 Sumitomo Chemical Co Ltd 光−光変換デバイス
US20100044676A1 (en) * 2008-04-18 2010-02-25 Invisage Technologies, Inc. Photodetectors and Photovoltaics Based on Semiconductor Nanocrystals
US7821807B2 (en) * 2008-04-17 2010-10-26 Epir Technologies, Inc. Nonequilibrium photodetectors with single carrier species barriers
JP5258037B2 (ja) * 2008-09-08 2013-08-07 国立大学法人京都大学 光電変換素子、その製造方法、及び太陽電池
WO2010120393A2 (en) * 2009-01-12 2010-10-21 The Regents Of The University Of Michigan Enhancement of organic photovoltaic cell open circuit voltage using electron/hole blocking exciton blocking layers
TWI380490B (en) 2009-05-05 2012-12-21 Univ Nat Chiao Tung Organic photosensitive photoelectric device
EP2504675A4 (en) * 2009-11-24 2016-08-17 Univ Florida METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING INFRARED RADIATION
EP2577747B1 (en) 2010-05-24 2018-10-17 University of Florida Research Foundation, Inc. Method and apparatus for providing a charge blocking layer on an infrared up-conversion device
AU2011332300A1 (en) * 2010-11-23 2013-06-06 Nanoholdings, Llc IR photodetectors with high detectivity at low drive voltage
AU2012299422A1 (en) 2011-02-28 2013-09-12 Nanoholdings, Llc Photodetector and upconversion device with gain (EC)

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010506386A (ja) * 2006-09-29 2010-02-25 ユニバーシティ オブ フロリダ リサーチ ファンデーション インコーポレーティッド 赤外線検出および表示のための方法および装置

Also Published As

Publication number Publication date
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