KR20150138999A - Photo Detecting Element and Method for Manufacturing The Same and Photo Detector Using The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광 검출 소자 및 제조 방법과 이를 이용한 광 검출 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 메인 금속 와이어에 p-n 접합 구조를 이루도록 금속 산화물 나노 구조체 및 나노 로드를 형성하고 와인딩 금속 와이어를 감는 형태로 빛을 검출할 수 있도록 함으로써, 와이어 형태를 가질 수 있어 평판형 광 검출 소자와는 달리 다양한 기기에 활용될 수 있으며, 특히, 그 형상을 자유롭게 변형할 수 있어 그 활용 범위를 더욱 확대시킬 수 있고, 종래 기술과 달리 평판형 전극 기판이 존재하지 않아 전극으로 인해 발생하는 p-n 접합 구조에 대한 외부 빛 차단 현상이 최소화되고, 이에 따라 수광 효율이 증가하며, 단순한 열처리 공정을 통해 금속 산화물 나노 구조체를 형성할 수 있어 복잡한 반도체 공정이나 증착 장비 없이도 더욱 편리하고 신속하게 제작할 수 있는 광 검출 소자 및 제조 방법과, 이를 이용한 광 검출 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a photodetecting device, a manufacturing method, and a photodetector using the same. More particularly, the present invention can form a metal oxide nanostructure and a nano-rod so as to form a pn junction structure on a main metal wire, and can detect a light by winding a winding metal wire, The present invention can be applied to various apparatuses in particular. In particular, since the shape of the electrode substrate can be freely modified, the application range can be further enlarged and a pn junction structure The light receiving efficiency is increased and the metal oxide nanostructure can be formed through a simple heat treatment process so that the photodetector can be manufactured more conveniently and quickly without complicated semiconductor processing or deposition equipment And a light detecting device using the same.
물질의 나노구조를 이용하여 새로운 광소자를 개발하려는 연구가 활발하다. 양자점, 나노분말, 나노선, 나노튜브, 양자우물, 나노복합체 등 수십 nm 크기의 구조물에서는 전자 가둠 현상으로 인해 기존의 박막 및 벌크 형태에서와는 전혀 다른 광학적, 전기적, 자기적, 유전적 특성이 발현된다. 이러한 특성을 이용해 저전력을 투입해 동작 효율을 높이려는 소자 개발로 이어지고 있으며, 이는 에너지 절감과 환경을 보전하려는 현세대의 개발 방향에 부합되는 흐름이다.Researches on the development of new optical devices using nanostructures of materials are actively being conducted. Electrical, electrical, magnetic, and genetic characteristics are exhibited completely different from the conventional thin film and bulk form due to electron confinement in structures with a size of several tens of nanometers such as quantum dots, nanoparticles, nanowires, nanotubes, quantum wells and nanocomposites . These characteristics have led to the development of devices that increase operating efficiency by injecting low power. This is in line with the current trend of development to conserve energy and protect the environment.
나노구조체 중, 종횡비가 큰 1차원 구조체를 나노선(nanowire) 또는 나노로드(Nanorod)라 칭하며 각종 물질을 이용한 합성 방법에 많은 발전이 있어왔다. 탄소나노튜브(CNT), 코발트실리사이드(CoSi) 등이 그 예이며, 특히 박막형태 보다 나노로드 형태로 성장했을 때 결정성이 높고, 전위밀도가 낮다는 장점도 알려져 있다. 탄소나노튜브 분말은 이미 투명 전극, 전계 방출용 음극 부품으로 상용화가 이루어져 있다.Among the nanostructures, a one-dimensional structure having a large aspect ratio is referred to as a nanowire or a nanorod and there has been much progress in the synthesis method using various materials. Carbon nanotube (CNT), cobalt silicide (CoSi), and the like are examples. In particular, it is known that the nanocrystal has a higher crystallinity and a lower dislocation density than a thin film. The carbon nanotube powder has already been commercialized as a transparent electrode and a cathode part for field emission.
이러한 나노 로드를 이용한 광 검출 소자는 일반적으로 평판형 기판에 나노 로드를 형성하는 방식으로 형성된다. 예를 들어, 평판형 기판에 양극 전극을 형성하고, 전극 위에 p형 반도체 물질을 증착하고, 그 위에 n형 나노 로드를 형성하여 p-n 접합을 이루도록 한 후, 나노 로드의 상단에 음극 전극을 형성하는 방식으로 형성된다.Such a photodetecting device using a nano rod is generally formed by a method of forming a nano-rod on a planar substrate. For example, an anode electrode is formed on a planar substrate, a p-type semiconductor material is deposited on the electrode, an n-type nano-rod is formed thereon to form a pn junction, and then a cathode electrode is formed on the top of the nano- .
이러한 평판형 광 검출 소자는 제작 과정에서 진공 증착 장비가 필요할 뿐만 아니라 반도체 제조 공정이 요구되어 제작이 복잡하고 생산 비용이 증가하는 문제가 있었다. 또한, 평판형 광 검출 소자의 구조상 박막 형태의 전극 및 기판이 존재하기 때문에, 이로 인해 수광 효율이 감소하여 광 검출 효율이 낮아지며, 이를 극복하기 위해서는 투명 전극을 이용해야 하므로, 제작 비용이 더욱 증가하고 복잡해지는 문제가 있었다.
Such a planar photodetecting device requires not only a vacuum deposition equipment but also a semiconductor manufacturing process, which is complicated to manufacture and increases the production cost. In addition, since a thin film type electrode and a substrate are present in the structure of the planar type photodetecting device, the light receiving efficiency is reduced and the light detection efficiency is lowered. To overcome this, a transparent electrode must be used, There was a problem of becoming complicated.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 메인 금속 와이어에 p-n 접합 구조를 이루도록 금속 산화물 나노 구조체 및 나노 로드를 형성하고 와인딩 금속 와이어를 감는 형태로 빛을 검출할 수 있도록 함으로써, 와이어 형태를 가질 수 있어 평판형 광 검출 소자와는 달리 다양한 기기에 활용될 수 있으며, 특히, 그 형상을 자유롭게 변형할 수 있어 그 활용 범위를 더욱 확대시킬 수 있는 광 검출 소자 및 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method of forming a metal oxide nanostructure and a nanorod to form a pn junction structure on a main metal wire, So that it can be utilized in various devices unlike a planar photodetecting device. Particularly, a photodetector and a photodetector which can freely change the shape of the photodetector, Method.
본 발명의 다른 목적은 메인 금속 와이어에 와인딩 금속 와이어가 나선 형태로 감기어 전체적으로 얇은 와이어 구조를 갖도록 형성함으로써, 종래 기술과 달리 평판형 전극 기판이 존재하지 않아 전극으로 인해 발생하는 p-n 접합 구조에 대한 외부 빛 차단 현상이 최소화되고, 이에 따라 수광 효율이 증가하는 광 검출 소자 및 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a pn junction structure in which a winding metal wire is wound in a spiral shape on a main metal wire so as to have an overall thin wire structure, An external light blocking phenomenon is minimized, and light receiving efficiency is thereby increased, and a manufacturing method thereof.
본 발명의 또 다른 목적은 열처리 공정을 통해 메인 금속 와이어의 표면에 금속 산화물 나노 구조체를 형성함으로써, 복잡한 반도체 공정이나 증착 장비 없이 좀더 편리한 방식으로 제작이 가능하며, 이에 따라 제작 비용을 경감할 수 있고 더욱 신속한 제작이 가능한 광 검출 소자 및 제조 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a metal oxide nanostructure on a surface of a main metal wire through a heat treatment process so that it can be manufactured in a more convenient manner without complicated semiconductor processing or deposition equipment, And to provide a photodetecting device and a manufacturing method that can be manufactured more rapidly.
본 발명의 또 다른 목적은 와이어 구조의 광 검출 소자의 외부 공간을 감싸는 가이드 파이프를 구비하여 가이드 파이프 내부에서 빛이 전반사하며 진행하도록 함으로써, 광 검출 소자에 흡수되는 빛의 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 광 검출 소자에 대한 전체적인 광 검출 효율을 향상시킬 수 있는 광 검출 장치를 제공하는 것이다.
It is a further object of the present invention to provide a guide pipe which surrounds the outer space of the photodetecting element of a wire structure so that the light propagates through the inside of the guide pipe, Thus, it is an object of the present invention to provide an optical detection device capable of improving the overall optical detection efficiency of a photodetector.
본 발명은, 메인 금속 와이어; 상기 메인 금속 와이어에 대한 열처리 공정을 통해 상기 메인 금속 와이어의 표면에 형성되는 금속 산화물 나노 구조체; 상기 금속 산화물 나노 구조체의 표면에 형성되는 나노 로드; 및 상기 나노 로드와 접촉하도록 상기 나노 로드의 외측에 나선 형태로 감기는 와인딩 금속 와이어를 포함하고, 상기 금속 산화물 나노 구조체 및 나노 로드는 상호 pn 접합 구조를 이루도록 p형 또는 n형 반도체 물질로 상호 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 광 검출 소자를 제공한다.The present invention relates to a semiconductor device comprising: a main metal wire; A metal oxide nanostructure formed on a surface of the main metal wire through a heat treatment process on the main metal wire; A nanorod formed on the surface of the metal oxide nanostructure; And a winding metal wire wound in a spiral shape on the outer side of the nano rod so as to be in contact with the nano rod, wherein the metal oxide nanostructure and the nano rod are mutually corresponded with a p-type or n-type semiconductor material to form a pn junction structure And a light emitting layer formed on the light emitting layer.
이때, 상기 나노 로드는 수열 합성법 또는 전기화학 증착법을 통해 상기 금속 산화물 나노 구조체의 표면에 방사상으로 돌출되도록 형성될 수 있다.At this time, the nanorod may be formed to protrude radially on the surface of the metal oxide nanostructure through hydrothermal synthesis or electrochemical deposition.
또한, 상기 메인 금속 와이어는 열처리 공정을 통해 형성된 상기 금속 산화물 나노 구조체가 p형 반도체 물질이 되는 재질로 형성되고, 상기 나노 로드는 n형 산화아연으로 형성될 수 있다.In addition, the main metal wire may be formed of a material that becomes the p-type semiconductor material, and the nano-rod may be formed of n-type zinc oxide.
또한, 상기 메인 금속 와이어는 Ti, Ni, W, Co 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.In addition, the main metal wire may be formed of any one of Ti, Ni, W, and Co.
또한, 상기 와인딩 금속 와이어는 Au 재질로 형성될 수 있다.The winding metal wire may be made of Au.
한편, 본 발명은, 상기한 광 검출 소자; 및 중공 원통형으로 형성되고, 내부 공간을 통과하는 빛이 내부에서 전반사되는 방식으로 길이 방향을 따라 진행하도록 원주면에는 빛을 반사하는 반사층이 형성되는 가이드 파이프를 포함하고, 상기 광 검출 소자는 상기 가이드 파이프의 내부 공간에 길이 방향을 따라 길게 배치되어 상기 가이드 파이프 내부 공간을 통과하는 빛을 검출하는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치를 제공한다.On the other hand, the present invention provides the above-described photodetecting device; And a guide pipe which is formed in a hollow cylindrical shape and on which a reflective layer for reflecting light is formed so that light passing through the inner space travels in the longitudinal direction in a manner that the light is totally reflected inside, Wherein the light guide plate is disposed in the inner space of the pipe along the longitudinal direction to detect light passing through the guide pipe interior space.
이때, 상기 가이드 파이프는 투명한 재질로 형성되고, 상기 반사층은 상기 가이드 파이프의 외주면에 Ag를 코팅하여 형성될 수 있다.At this time, the guide pipe may be formed of a transparent material, and the reflective layer may be formed by coating Ag on the outer circumferential surface of the guide pipe.
한편, 본 발명은, 메인 금속 와이어를 열처리하여 상기 메인 금속 와이어의 표면에 금속 산화물 나노 구조체를 형성하는 단계; 상기 금속 산화물 나노 구조체의 표면에 나노 로드를 형성하는 단계; 및 상기 나노 로드와 접촉하도록 상기 나노 로드의 외측에 별도의 와인딩 금속 와이어를 나선 형태로 감는 단계를 포함하고, 상기 금속 산화물 나노 구조체 및 나노 로드는 상호 pn 접합 구조를 이루도록 p형 또는 n형 반도체 물질로 상호 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 광 검출 소자 제조 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a metal oxide nanostructure on a surface of a main metal wire by heat- Forming a nanorod on a surface of the metal oxide nanostructure; And a step of spirally winding a separate winding metal wire on the outer side of the nano rod so as to be in contact with the nano-rod, wherein the metal oxide nano-structure and the nano-rod are p- or n-type semiconductor material And the second electrode is formed to correspond to the first electrode and the second electrode.
이때, 상기 나노 로드를 형성하는 단계는 수열 합성법 또는 전기화학 증착법을 통해 상기 금속 산화물 나노 구조체의 표면에 상기 나노 로드가 방사상으로 돌출되도록 형성하는 방식으로 수행될 수 있다.
At this time, the forming of the nano-rods may be carried out by hydrothermal synthesis or electrochemical vapor deposition to form the nano-rods protruding radially on the surface of the metal oxide nanostructure.
본 발명에 의하면, 메인 금속 와이어에 p-n 접합 구조를 이루도록 금속 산화물 나노 구조체 및 나노 로드를 형성하고 와인딩 금속 와이어를 감는 형태로 빛을 검출할 수 있도록 함으로써, 와이어 형태를 가질 수 있어 평판형 광 검출 소자와는 달리 다양한 기기에 활용될 수 있으며, 특히, 그 형상을 자유롭게 변형할 수 있어 그 활용 범위를 더욱 확대시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, a metal oxide nanostructure and a nanorod are formed so as to form a pn junction structure with a main metal wire, and a light can be detected by winding a winding metal wire. Thus, The present invention can be applied to a variety of devices, in particular, the shape thereof can be freely modified, and the application range can be further expanded.
또한, 메인 금속 와이어에 와인딩 금속 와이어가 나선 형태로 감기어 전체적으로 얇은 와이어 구조를 갖도록 형성함으로써, 종래 기술과 달리 평판형 전극 기판이 존재하지 않아 전극으로 인해 발생하는 p-n 접합 구조에 대한 외부 빛 차단 현상이 최소화되고, 이에 따라 수광 효율이 증가하는 효과가 있다.In addition, since the winding metal wire is wound in a spiral shape on the main metal wire to have a thin wire structure as a whole, unlike the conventional art, there is no plate-type electrode substrate, so that the external light shielding phenomenon Is minimized, and thus the light receiving efficiency is increased.
또한, 열처리 공정을 통해 메인 금속 와이어의 표면에 금속 산화물 나노 구조체를 형성함으로써, 복잡한 반도체 공정이나 증착 장비 없이 좀더 편리한 방식으로 제작이 가능하며, 이에 따라 제작 비용을 경감할 수 있고 더욱 신속한 제작이 가능한 효과가 있다.Further, by forming the metal oxide nanostructure on the surface of the main metal wire through the heat treatment process, it is possible to manufacture in a more convenient manner without complicated semiconductor processing or deposition equipment, thereby reducing the manufacturing cost and making it possible to produce more quickly It is effective.
또한, 와이어 구조의 광 검출 소자의 외부 공간을 감싸는 가이드 파이프를 구비하여 가이드 파이프 내부에서 빛이 전반사하며 진행하도록 함으로써, 광 검출 소자에 흡수되는 빛의 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 광 검출 소자에 대한 전체적인 광 검출 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Further, since the guide pipe is provided to surround the outer space of the photodetecting device of the wire structure, the light is totally reflected in the guide pipe, thereby increasing the amount of light absorbed by the photodetecting device, It is possible to improve the overall photodetection efficiency of the photodetector.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자에 대한 제작 과정을 개념적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 금속 와이어의 표면에 열처리 공정을 통해 형성된 금속 산화물 나노 구조체의 형태를 현미경으로 확대한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 장치의 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.FIGS. 1 to 3 conceptually illustrate a fabrication process for a photodetector according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 4 is an enlarged view of a shape of a metal oxide nanostructure formed through a heat treatment process on a surface of a main metal wire according to an embodiment of the present invention by a microscope,
5 is a view conceptually showing a configuration of an optical detecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자에 대한 제작 과정을 개념적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 금속 와이어의 표면에 열처리 공정을 통해 형성된 금속 산화물 나노 구조체의 형태를 현미경으로 확대한 도면이다.1 to 3 are conceptual views illustrating a manufacturing process of a photodetecting device according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of a main metal wire according to an embodiment of the present invention, And the shape of the formed metal oxide nanostructure is magnified by a microscope.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자는 배경 기술에서 설명한 일반적인 평판 형태가 아닌 와이어 형태를 갖는 구조로서, 메인 금속 와이어(100), 금속 산화물 나노 구조체(200), 나노 로드(300) 및 와인딩 금속 와이어(400)를 포함하여 구성된다.The photodetecting device according to an embodiment of the present invention includes a
메인 금속 와이어(100)와 와인딩 금속 와이어(400)가 각각 양극 및 음극 전극을 이루게 되며, 금속 산화물 나노 구조체(200) 및 나노 로드(300)가 2개의 와이어(100,400) 사이에서 p-n 접합을 이루도록 형성된다. 금속 산화물 나노 구조체(200) 및 나노 로드(300)는 둘 중 어느 하나가 p형 반도체 물질로 형성되고, 나머지 다른 하나가 n형 반도체 물질로 형성되어 상호 p-n 접합을 이루고, 이러한 구조를 통해 빛을 받아 전기를 생성하며, 이러한 원리를 이용하여 빛을 검출하는 광 검출 소자로 적용된다. 이와 같은 p-n 접합 원리를 이용한 광 검출 소자는 일반적인 광 검출 소자에 적용되는 방식이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하고, 이하에서는 구조 및 제조 방법을 중심으로 설명한다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자(10)는, 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 메인 금속 와이어(100)의 표면에 금속 산화물 나노 구조체(200)를 형성하고, 이후, 도 2에 도시된 바와 같이 금속 산화물 나노 구조체(200)의 표면에 나노 로드(300)를 형성하며, 이 상태에서 나노 로드(300)의 외측에 별도의 와인딩 금속 와이어(400)를 나선 형태로 감는 방식으로 구성된다. 메인 금속 와이어(100) 및 와인딩 금속 와이어(400)가 각각 외부 소자에 연결되어 양극 전극 및 음극 전극을 이루게 된다.1, a
메인 금속 와이어(100)의 표면에 금속 산화물 나노 구조체(200)를 형성하는 방식은 본 발명의 일 실시예에 따라 메인 금속 와이어(100)에 대한 열처리 공정을 통해 수행된다. 예를 들면, 메인 금속 와이어(100)는 얇은 직경의 와이어 형태로서 금속 재질로 형성되는데, Ti, Ni, W, Co 중 어느 하나의 금속으로 형성될 수 있다. 이러한 메인 금속 와이어(100)를 재질 종류에 따라 약 500℃ 내지 800℃로 대기압에서 약 3시간 정도 열처리하게 되면, 메인 금속 와이어(100)의 표면에서 열산화가 발생하여 금속 산화물 나노 구조체(200)가 형성된다.The method of forming the
도 4에는 이러한 열처리 공정을 통해 형성된 금속 산화물 나노 구조체(200)의 형태를 현미경으로 확대 도시한 도면이 개시된다. 도 4의 (a)는 코발트(Co) 와이어를 750℃로 3시간 열처리한 결과이며, 도 4의 (b)는 구리(Cu) 와이어를 500℃로 3시간 열처리한 결과이며, 도 4의 (c)는 니켈(Ni) 와이어를 500℃로 3시간 열처리한 결과이다.FIG. 4 is an enlarged view showing a shape of a
이와 같이 금속 와이어에 열처리를 하게 되면, 공기 중에 산소가 금속 표면으로 디퓨전(diffusion)되면서 산화가 일어나게 되고, 이에 따라 금속 표면에 금속 산화물 나노 구조체(200)가 형성된다. 금속 산화물의 결정 구조가 각각 다르기 때문에, 산화 과정에서 성장된 결과물을 서로 다른 형상을 갖게 된다.When the metal wire is heat-treated in this manner, oxygen is diffused into the air on the surface of the metal to be oxidized, and thus the
이러한 열처리 공정을 통해 메인 금속 와이어(100)의 표면에 금속 산화물 나노 구조체(200)가 형성되면, 이 상태에서 도 2에 도시된 바와 같이 금속 산화물 나노 구조체(200)의 표면에 나노 로드(300)를 형성한다. 나노 로드(300)는 수열 합성법 또는 전기화학 증착법을 통해 금속 산화물 나노 구조체(200)의 표면에 방사상으로 돌출되도록 형성된다.When the
나노 로드(300)를 형성하기 위해서는 먼저, 금속 산화물 나노 구조체(200)의 표면에 시드층을 형성하고, 시드층으로부터 나노 로드(300)를 성장시키는 방식으로 수행된다. 시드층은 성장되는 나노 로드(300)와 동일한 산화 금속물로 구성되는데, 산화아연 이외에도 광학적 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 다양한 물질이 이용될 수 있다. 나노 로드(300)는 다양한 화학적 합성법을 통해 금속 산화물을 성장시켜 생성하는데, 본 발명에서는 수열 합성법(hydrothermal synthesis method) 또는 전기화학 증착법을 통해 시드층의 표면에 형성될 수 있다. 이와 같은 산화아연 나노 로드(300)의 생성 방식은 일반적으로 사용되는 방식이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.In order to form the nano-
한편, 금속 산화물 나노 구조체(200) 및 나노 로드(300)는 전술한 바와 같이 각각 p형 반도체 물질 및 n형 반도체 물질로 상호 대응되게 형성되어 p-n 접합 구조를 이루게 되는데, 나노 로드(300)는 예를 들면, n형 산화아연으로 형성될 수 있다. n형 산화아연을 나노 로드(300)로 성장시키는 방식은 나노 로드(300)의 형성 방식 중 비교적 용이한 수행 방식이므로, 이를 이용할 수 있다. 금속 산화물 나노 구조체(200)는 메인 금속 와이어(100)를 열처리하는 방식으로 형성되므로, 메인 금속 와이어(100)의 재질 종류에 따라 p형 또는 n형 반도체 물질로 형성되는데, n형 산화아연의 나노 로드(300)와 p-n 접합을 이루기 위해서는 금속 산화물 나노 구조체(200)가 p형 반도체 물질로 형성되도록 메인 금속 와이어(100)의 재질을 선택하여야 할 것이다.As described above, the
이와 같이 메인 금속 와이어(100)의 표면에 금속 산화물 나노 구조체(200)와 나노 로드(300)가 p-n 접합을 이루도록 형성되면, 도 3에 도시된 바와 같이 나노 로드(300)의 외측에 나노 로드(300)와 접촉하도록 별도의 와인딩 금속 와이어(400)를 나선 형태로 감는다. 이때, 와인딩 금속 와이어(400)는 금(Au) 또는 구리(Cu) 재질 등으로 형성될 수 있다.When the
이러한 구조에 따라 메인 금속 와이어(100)와 와인딩 금속 와이어(400)는 각각 양극 전극 및 음극 전극을 이루게 되며, 그 사이에서 금속 산화물 나노 구조체(200)와 나노 로드(300)가 p-n 접합을 이루게 되므로, p-n 접합 구조를 통해 외부로부터 빛을 수광하게 되면, p-n 접합 구조의 특성에 따라 전류가 발생하게 된다. 이와 같이 발생된 전류는 각각 전극으로 작용하는 메인 금속 와이어(100)와 와인딩 금속 와이어(400)를 통해 흘러가는 형태로 회로를 구성한다. 즉, 메인 금속 와이어(100)와 와인딩 금속 와이어(400)에는 별도의 외부 소자가 연결되고, p-n 접합 구조로부터 발생된 전류는 메인 금속 와이어(100) 및 와인딩 금속 와이어(400)를 통한 회로 구성에 의해 외부 소자에 전달된다. 이러한 원리에 따라 광 검출 소자로서 기능을 하게 된다.According to this structure, the
본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자는 이와 같이 메인 금속 와이어(100)에 금속 산화물 나노 구조체(200) 및 나노 로드(300)를 형성한 후, 와인딩 금속 와이어(400)를 감는 형태로 구성되기 때문에, 전체적으로 도 3에 도시된 바와 같이 와이어 구조를 이루게 되므로, 평판형 광 검출 소자와는 달리 다양한 기기에 활용될 수 있으며, 특히, 그 형상을 자유롭게 변형할 수 있어 그 활용 범위를 더욱 확대시킬 수 있다.The photodetecting device according to an embodiment of the present invention may be configured such that the
또한, 평판형 광 검출 소자의 경우에는 배경 기술에서 설명한 바와 같이 평판형 전극 기판을 갖는 구조의 특성상 전극 기판에 의해 p-n 접합 구조에 대한 빛 차단 현상이 발생하여 수광 효율이 감소하는 단점이 있으며, 이를 극복하기 위해서는 빛 차단을 최소화할 수 있도록 투명 전극을 사용해야 하는 단점이 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 소자는 와이어 구조로서, 메인 금속 와이어(100)에 와인딩 금속 와이어(400)가 나선 형태로 감기는 구조로 형성되기 때문에, 전극으로 인해 발생하는 p-n 접합 구조에 대한 외부 빛 차단 현상이 최소화되고, 이에 따라 수광 효율이 증가하는 효과가 있다.
In addition, in the case of the flat panel type photodetecting device, as described in the Background Art, due to the characteristics of the structure having the flat plate type electrode substrate, the light blocking effect for the pn junction structure occurs due to the electrode substrate, However, the photodetecting device according to an embodiment of the present invention is a wire structure in which a winding
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 장치의 구성을 개념적으로 도시한 도면이다.5 is a view conceptually showing a configuration of an optical detecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 도 1 내지 도 4에서 설명한 와이어 형태의 광 검출 소자를 이용한 광 검출 장치를 제공한다. 이러한 광 검출 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 전술한 광 검출 소자(10)와, 광 검출 소자(10)의 외부를 감싸는 중공 원통형 가이드 파이프(20)를 포함하여 구성된다.The present invention provides an optical detecting apparatus using the wire-type optical detecting element described with reference to Figs. 1 to 4. Such a photodetecting device comprises the above-described
가이드 파이프(20)는 중공 원통형으로 형성되는데, 내부 공간을 통과하는 빛이 내부에서 전반사되는 방식으로 길이 방향을 따라 진행하도록 원주면에는 빛을 반사하는 반사층(30)이 형성된다. 이때, 가이드 파이프(20)는 투명한 재질로 형성되고, 반사층(30)은 가이드 파이프(20)의 외주면에 은(Ag)을 코팅하여 형성될 수 있다. 물론, 반사층(30)은 가이드 파이프(20)의 내주면에 형성될 수도 있으나, 제작 편리성을 위해 가이드 파이프(20)의 외주면에 형성될 수 있으며, 이 경우에도 가이드 파이프(20) 내부 공간으로 진행된 빛은 도 5에 도시된 바와 같이 가이드 파이프(20) 내부에서 반사층(30)에 의해 전반사되며 진행할 수 있다.The
이때, 광 검출 소자(10)는 도 5에 도시된 바와 같이 가이드 파이프(20)의 내부 공간에 길이 방향을 따라 길게 배치된다.At this time, as shown in FIG. 5, the
이러한 구조에 따라, 가이드 파이프(20) 내부 공간을 통과하는 빛은 도 5에 도시된 바와 같이 가이드 파이프(20) 내부 공간에서 전반사하며 와이어 형태의 광 검출 소자(10)에 흡수되는 형태로 계속 진행하게 된다. 즉, 가이드 파이프(20)를 통해 빛이 전반사되며 진행하는 과정에서 광 검출 소자(10)에 흡수되는 빛의 양이 더욱 증가하게 되므로, 광 검출 소자(10)를 통한 수광 효율이 더욱 증가하게 되고, 이에 따라 광 검출 효율이 더욱 증가하게 된다.5, the light passing through the inner space of the
다시 말하면, 광 검출 소자(10)는 와이어 형태로 형성되기 때문에, 일반적인 평판형 광 검출 소자에 비해 상대적으로 그 굵기가 얇고 빛을 수광할 수 있는 수광 면적이 상대적으로 작아 광 검출 효율이 상대적으로 낮을 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 검출 장치는 광 검출 소자(10)의 외부 공간에 별도의 가이드 파이프(20)를 배치하여 가이드 파이프(20)의 내부 공간에서 빛을 전반사함으로써, 광 검출 소자(10)에 흡수되는 빛의 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 광 검출 소자(10)에 대한 전체적인 광 검출 효율을 향상시킬 수 있다.
In other words, since the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 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 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
10: 광 검출 소자
20: 가이드 파이프
30: 반사층
100: 메인 금속 와이어
200: 금속 산화물 나노 구조체
300: 나노 로드
400: 와인딩 금속 와이어10: photodetecting device 20: guide pipe
30: reflective layer 100: main metal wire
200: metal oxide nanostructure 300: nanorod
400: winding metal wire
Claims (9)
상기 메인 금속 와이어에 대한 열처리 공정을 통해 상기 메인 금속 와이어의 표면에 형성되는 금속 산화물 나노 구조체;
상기 금속 산화물 나노 구조체의 표면에 형성되는 나노 로드; 및
상기 나노 로드와 접촉하도록 상기 나노 로드의 외측에 나선 형태로 감기는 와인딩 금속 와이어
를 포함하고, 상기 금속 산화물 나노 구조체 및 나노 로드는 상호 pn 접합 구조를 이루도록 p형 또는 n형 반도체 물질로 상호 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 광 검출 소자.
Main metal wire;
A metal oxide nanostructure formed on a surface of the main metal wire through a heat treatment process on the main metal wire;
A nanorod formed on the surface of the metal oxide nanostructure; And
A winding metal wire wound in a spiral form on the outer side of the nano-
Wherein the metal oxide nanostructure and the nano-rods are formed to correspond to each other with a p-type or n-type semiconductor material so as to form a pn junction structure with each other.
상기 나노 로드는 수열 합성법 또는 전기화학 증착법을 통해 상기 금속 산화물 나노 구조체의 표면에 방사상으로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광 검출 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the nanorods are formed to protrude radially on the surface of the metal oxide nanostructure through a hydrothermal synthesis method or an electrochemical deposition method.
상기 메인 금속 와이어는 열처리 공정을 통해 형성된 상기 금속 산화물 나노 구조체가 p형 반도체 물질이 되는 재질로 형성되고,
상기 나노 로드는 n형 산화아연으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 검출 소자.
3. The method of claim 2,
Wherein the main metal wire is formed of a material in which the metal oxide nanostructure formed through the heat treatment process becomes a p-type semiconductor material,
Wherein the nano-rod is formed of n-type zinc oxide.
상기 메인 금속 와이어는 Ti, Ni, W, Co 중 어느 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 검출 소자.
3. The method of claim 2,
Wherein the main metal wire is formed of any one of Ti, Ni, W, and Co.
상기 와인딩 금속 와이어는 Au 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 검출 소자.
3. The method of claim 2,
Wherein the winding metal wire is made of Au.
중공 원통형으로 형성되고, 내부 공간을 통과하는 빛이 내부에서 전반사되는 방식으로 길이 방향을 따라 진행하도록 원주면에는 빛을 반사하는 반사층이 형성되는 가이드 파이프
를 포함하고, 상기 광 검출 소자는 상기 가이드 파이프의 내부 공간에 길이 방향을 따라 길게 배치되어 상기 가이드 파이프 내부 공간을 통과하는 빛을 검출하는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
A light-detecting element according to any one of claims 1 to 5; And
A guide pipe which is formed in a hollow cylindrical shape and in which a reflective layer for reflecting light is formed on the circumferential surface so as to proceed along the longitudinal direction in such a manner that light passing through the inner space is totally reflected inside,
Wherein the light detecting element detects light passing through the space inside the guide pipe, the light detecting element being disposed along the longitudinal direction in the inner space of the guide pipe.
상기 가이드 파이프는 투명한 재질로 형성되고,
상기 반사층은 상기 가이드 파이프의 외주면에 Ag를 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광 검출 장치.
The method according to claim 6,
The guide pipe is formed of a transparent material,
Wherein the reflective layer is formed by coating Ag on an outer peripheral surface of the guide pipe.
상기 금속 산화물 나노 구조체의 표면에 나노 로드를 형성하는 단계; 및
상기 나노 로드와 접촉하도록 상기 나노 로드의 외측에 별도의 와인딩 금속 와이어를 나선 형태로 감는 단계
를 포함하고, 상기 금속 산화물 나노 구조체 및 나노 로드는 상호 pn 접합 구조를 이루도록 p형 또는 n형 반도체 물질로 상호 대응되게 형성되는 것을 특징으로 하는 광 검출 소자 제조 방법.
Heat treating the main metal wire to form a metal oxide nanostructure on the surface of the main metal wire;
Forming a nanorod on a surface of the metal oxide nanostructure; And
Winding a separate winding metal wire on the outer side of the nano-rods so as to be in contact with the nano-
Wherein the metal oxide nanostructure and the nano-rods are formed to correspond to each other with a p-type or n-type semiconductor material so as to form a pn junction structure with each other.
상기 나노 로드를 형성하는 단계는
수열 합성법 또는 전기화학 증착법을 통해 상기 금속 산화물 나노 구조체의 표면에 상기 나노 로드가 방사상으로 돌출되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 광 검출 소자 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The step of forming the nanorod
Wherein the nanorods are radially protruded on a surface of the metal oxide nanostructure through a hydrothermal synthesis method or an electrochemical deposition method.
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