KR20180018688A - 방사선 감지 디바이스 - Google Patents

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Abstract

개시된 광 검출 디바이스는 반도체 물질의 제 1 층(101)과, 2 차원 물질의 제 2 층(102) - 제 1 층 및 제 2 층은 전위 에너지 장벽을 갖는 전기 접합부(104)를 형성하도록 구성됨 - 과, 입사 전자기 방사선(106)의 흡수시 하나 이상의 여기자(105)를 생성하도록 구성된 물질의 제 3 층(103)을 포함한다. 제 3 층(103)에서 생성된 하나 이상의 여기자(105)로부터의 전하 분리는 제 2 층(102)의 페르미 에너지에 영향을 주어 전기 접합부의 전위 에너지 장벽 높이를 변화시킨다. 이러한 광 검출 디바이스는 입사 전자기 방사선에 대해 높은 민감도를 갖는다. 이러한 광 검출 디바이스의 어레이는 영상 디바이스로서 적용될 수 있다.

Description

방사선 감지 디바이스
본 개시의 예는 감지 장치에 관한 것이다. 몇몇 예는 앞서 말한 것을 침해하지 않는 광 검출을 위한 장치에 관한 것이다.
광 검출기가 알려져 있다. 통상적인 광 검출기 디바이스는 입사광을 측정 가능한 전기 전하로 변환되게 할 수 있다. 종래의 광 검출기 디바이스가 항상 최적인 것은 아니다. 광 검출기 디바이스를 효율적으로 작동시키는 것이 유익하다.
임의의 기공개된 문서 또는 본 명세서의 배경기술에 대한 열거 또는 논의는, 문서 또는 배경기술이 반드시 최신 기술의 일부이거나 일반적인 지식이라고 인정하는 것으로 받아들여서는 안 된다. 본 개시의 하나 이상의 양태/예는 하나 이상의 배경 이슈를 다룰 수도 있고 다루지 않을 수도 있다.
본 개시의 다양한 예(모든 예는 아님)에 따라, 장치가 제공되는데 장치는,
반도체 물질의 제 1 층과,
2 차원 물질의 제 2 층 - 제 1 층 및 제 2 층은 전위 에너지 장벽을 갖는 전기 접합부를 형성하도록 구성됨 - 과,
입사 전자기 방사선의 흡수시 하나 이상의 여기자를 생성하도록 구성된 물질의 제 3 층을 포함하되,
장치는 제 3 층에서 생성된 하나 이상의 여기자가 전기 접합부의 전위 에너지 장벽을 변화시키도록 구성된다.
본 개시의 다양한 예(모든 예는 아님)에 따라, 위 장치를 포함하는 어레이, 모듈, 센서 또는 광 검출기, 또는 이를 포함하는 디바이스가 제공된다.
본 발명의 상세한 설명 및 특정 실시예를 이해하는 데 유용한 본 개시의 다양한 예를 더 잘 이해하기 위해, 이제 첨부된 도면에 대해서만 예로서 참조될 것이다.
도 1은 본 개시에 따른 장치의 예를 개략적으로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 제로 바이어스 및 순방향 바이어스를 갖는 본 개시에 따른 장치의 밴드 다이어그램의 예를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 개시에 따른 장치에 대한 다이오드 전류 대 순방향 바이어스의 이론 값의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 개시에 따른 장치에 대한 광전류 대 순방향 바이어스의 이론 값의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 개시에 따른 장치에 대한 응답도 대 순방향 바이어스의 이론 값의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 개시에 따른 다른 장치의 예를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 개시에 따른 장치 어레이의 예를 개략적으로 도시한다.
도면은 반드시 일정 비율대로 그려질 필요는 없다. 도면의 특정 특징 및 뷰를 명료하고 간결하게 하기 위해 규모가 개략적으로 또는 과장되어 도시될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 장치의 예를 설명한다. 본 개시의 예 및 첨부된 청구 범위는 당업자에게 자명한 임의의 방식으로 적절히 조합될 수 있다. 유사한 참조 번호는 유사한 특징을 나타내기 위해 도면에서 사용된다. 명확하게 하기 위해, 모든 참조 번호가 반드시 모든 도면에 표시되는 것은 아니다.
도 1은 장치(100)의 단면도를 개략적으로 도시하는데, 장치(100)는,
반도체 물질의 제 1 층(101)과,
2 차원 물질의 제 2 층(102) - 제 1 층 및 제 2 층은 전위 에너지 장벽(φB)을 갖는 전기 접합부(104)를 형성하도록 구성됨 - 과,
입사 전자기 방사선(106)의 흡수시 하나 이상의 여기자(105)를 생성하도록 구성된 물질의 제 3 층(103)을 포함하되,
장치(100)는 제 3 층(103)에서 생성된 하나 이상의 여기자(105)가 전기 접합부(104)의 전위 에너지 장벽(φB)을 변화시키도록 구성된다.
도 1은 장치(100)의 동작을 기술하는데 필요한 기능적 구성 요소에 중점을 둔다.
반도체 물질의 제 1 층(101)은 예를 들어 실리콘 또는 다른 반도체 물질/수단의 층일 수 있다. 2 차원 물질의 제 2 층(102)은 예를 들어 그래핀, 또는 변질되게(degenerately)/과도하게(excessively) 도핑될 수 있는 2 차원 물질과 같은 다른 도전성 2 차원 물질의 층일 수 있다. 제 2 층(102)은 단일 층 그래핀(SLG)과 같은 단일 층 또는 2 차원 물질의 n개의 층(여기서 n은 5 이하임)일 수 있다. 단일 층 또는 2 차원 물질의 n개의 층의 사용은 물질의 상태 밀도를 감소시킬 수 있으며, 이는 차례로 외부 자극(예를 들어, 후술하는 바와 같이 제 3 층(103)에서 생성된 광 유도장(photo induced field))에 대해 물질의 페르미 레벨(Fermi level)의 민감도를 증가시킬 수 있다.
전기 접합부(104)는 정류 접합부, 쇼트 키 접합부 및 쇼트 키 다이오드 접합부 중 하나 이상일 수 있다. 전위 에너지 장벽(φB)은 쇼트 키 장벽 높이일 수 있다. 이러한 접합부는, 제 1 층(101)과 직접적으로 오믹 접촉하는 제 1 층(101)용 제 1 전극(107)과, 제 2 층(102)과 직접적으로 오믹 접촉하는 제 2 층(102)용 분리된 제 2 전극(108)을 제공함으로써 형성될 수 있다. 제 2 층의 일부(102a)는 제 1 층(101)과 직접 물리적으로 접촉한다. 제 2 전극(108)의 근방에 있는 제 2 층의 일부(102b)는 제 1 층(101)과 직접 물리적으로 접촉하지 않고 대신에 절연 물질(예를 들어, SiO2)의 일부와 같은 이격 요소(109)를 통해 분리될 수 있다. 제 1 전극(107) 및 제 2 전극(108)의 전위/상대적 배치는 도 1에 도시된 것과 다를 수 있음을 이해해야 한다(예를 들어, 제 1 전극(107)은 도 6에서와 같이 반도체 물질 층(101)의 바로 아래에 있을 수 있음).
하나 이상의 입사 광자/전자기 방사선(106)의 흡수시 하나 이상의 여기자(105)를 생성하도록 구성된 물질의 제 3 층은 예를 들어,
반도체 물질로 형성되는 것,
기능화된 반도체 물질로 형성되는 것,
반도체 나노 결정으로 형성되는 것,
양자점을 포함하는 것,
콜로이드 양자점을 포함하는 것 중 하나 이상일 수 있다.
물질의 제 3 층(103)은 제 2 층(102)과 직접 접촉할 수 있다. 몇몇 예에서, 제 3 층은 입사 전자기 방사선에 노출되는 장치의 상부/외부 대향 층일 수 있다.
장치(100)는 제 3 층(103)에서 생성된 여기자(105)의 전자(105a) 또는 정공(105b) 중 하나가 제 2 층의 2 차원 물질의 페르미 레벨(EFG)을 변경시키는 역할을 하는 광 유도장을 생성하도록 구성될 수 있다. 페르미 레벨(EFG)의 이러한 변경은 전기 접합부(104)의 전위 에너지 장벽(φB)을 변경시킬 수 있다. 전기 접합부(104)의 전위 에너지 장벽(φB)의 변경은 제 1 층(101)과 제 2 층(102) 사이에서 전기 접합부를 통해 흐르는 전류에 영향을 줄 수 있는데, 다시 말해, 제 1 전극(107)과 제 2 전극(108) 사이에 흐르는 전류(J)에 영향을 줄 수 있다.
장치의 예에서, 전기 접합부(104)를 통과하는 전류(J)는 그 자체가 제 3 층(103)에서 생성된 여기자(105)의 수에 의존하는 전기 접합부(104)의 전위 에너지 장벽(φB)의 레벨에 따라 조절된다. 생성된 여기자의 수는 제 3 층(103)에 입사하는 전자기 방사선(1096)의 플럭스에 의존한다. 따라서, 전기 접합부를 통해 흐르는 전류는 제 3 층에 입사하는 전자기 방사선의 플럭스에 의존한다. 따라서, 이 장치는 광 검출기로서 사용될 수 있다.
일례로서, 하나의 특정 장치(100)에서, 제 1 층(101)은 실리콘층이고 제 2 층(102)은 단일 층 그래핀(SLG)이다. 이들 2 개의 층은 쇼트 키 장벽 높이(φB)를 갖는 쇼트 키 다이오드 접합부(104)를 형성하도록 구성된다. 제 3 층(103)은 전자기 방사선(106)의 흡수시에 여기자(105)를 생성하도록 정교하게 기능화된 반도체 물질로 형성된다. 그러한 물질은 반도체 나노 결정 및/또는 전자기 방사선(106)의 흡수시에 여기자(105)를 생성하도록 구성된 콜로이드 양자점(CQD) 필름과 같은 양자점을 포함할 수 있다. 반도체 나노 결정 및/또는 CQD 층은 전자기 방사선의 특정 주파수/주파수들에 응답하도록 적절하게 구성/기능화될 수 있다.
전자기 방사선(106)이 조사되면, 제 3 층은 광자 흡수시 여기자/전자-정공 쌍을 생성한다. 이는 특정 양자 효율 QE, 예를 들어 특정 PbS QD의 경우 약 25 %로 발생한다. 여기자(105)의 전자(105a) 또는 정공(105b) 중 하나는 반도체 나노 결정/CQD 층(103)에서 그래핀 층(102)으로 전달될 수 있다. 반도체 나노 결정/CQD 층의 나머지 전하 캐리어(즉, 전자(105a) 또는 정공(105b) 이외의 것)는 상대적으로 열악한 캐리어 이동도(10-3 내지 1㎠/Vs)로 인해 반도체 나노 결정/CQD 층에 일시적으로 "트랩"될 수 있다. 트랩 수명(τtrap)은 20ms에서 1s 정도이다.
QD 그래핀 계면에서의 여기자 형성 및 후속 전하 분리 및 전하 이동은 그래핀의 페르미 에너지(EFG)에 차례로 영향을 줄 수 있는 그래핀 층(102)의 전하 밀도에 영향을 줄 수 있다. 그래핀의 페르미 에너지(EFG)의 이러한 변화는 그 자체로 쇼트 키 다이오드 접합부(104)의 쇼트 키 장벽 높이(φB)에 영향을 줄 수 있는 그래핀의 일 함수(ΦG)에 영향을 줄 수 있다. 쇼트 키 장벽 높이(φB)의 이러한 변화는 제 1 전극(107)과 제 2 전극(108) 사이에서 쇼트 키 다이오드를 통해 흐르는 전류(J)에 영향을 줄 수 있다. 전류(J)의 흐름의 변화는 검출 및 측정되고 제 3 층에 입사되는 광의 양을 나타내는 신호를 제공하는데 사용되어, 장치(100)가 센서/광 검출기로서 사용될 수 있다.
본 개시에 따른 장치의 특정 예에서, 제 3 층(103)에 입사되는 광(106)은 쇼트 키 다이오드 접합부(104)의 쇼트 키 장벽 높이(φB)의 조절을 야기하여 쇼트 키 다이오드 접합부(104)를 통해 흐르는 전류(J)를 조절하게 할 수 있다. 중요하게는, 쇼트 키 다이오드 접합부를 통해 흐르는 전류는 쇼트 키 장벽 높이(φB)에 지수 적으로 비례하기 때문에(이하의 수학식 2 참조), 본 개시의 예는 높은 레벨의 응답도로 입사광을 검출/측정하는 매우 민감한 센서를 제공할 수 있다. 더욱이, 예는 낮은 동작 전류 레벨의 사용을 가능하게 할 수 있으므로, 전력 소비 레벨을 감소시킬 수 있다. 이렇게 감소된 전력 소비 레벨은 다수의(> 수백만) 장치가 함께 구성되고 광 검출기 어레이의 픽셀을 형성하도록 스케일 업될 때 특히 유리할 수 있다.
종래의 쇼트 키 접합 다이오드(금속-반도체 접합부 기반)는, 금속이 외부 전계 인가시 페르미 에너지의 조절이 없는 큰 전하 캐리어 밀도를 갖는 물질이므로 외부 자극에 민감하지 않다. 또한, 마찬가지로 종래의 쇼트 키 접합 다이오드의 반도체 층은 너무나도 두꺼워서 어떠한 외부 자극에도 종래의 쇼트 키 배리어 계면의 밴드 구조를 조절할 수 없다. 그와 반대로, 본 개시의 예에서는 금속 대비 더 낮은 상태 밀도를 갖는 2 차원 물질이 (금속 대신에) 사용된다. 이러한 물질의 사용은 2 차원 물질의 페르미 레벨이 외부 자극(예를)에 민감하게 되는 것을 가능하게 하여, 그러한 광 유도장이 본 개시의 예의 쇼트 키 장벽 계면의 밴드 구조를 조절하게 할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 제로 바이어스 및 순방향 바이어스(VF)를 갖는 본 개시에 따른 장치의 밴드 다이어그램의 예를 개략적으로 도시한다. 장치는 도 1과 관련하여 전술한 것과 유사하며, 여기서 제 1 층(101)의 물질은 실리콘이고, 제 2 층(102)의 2 차원 물질은 그래핀이며, 전기 접합부는 쇼트 키 다이오드 접합부이고, 전위 장벽은 쇼트 키 장벽 높이(φB)이다.
이 도면은 쇼트 키 장벽 높이(φB)가 그래핀의 일 함수(ΦG)-실리콘의 전자 친화도(χs)와 같은데, 즉
Figure pct00001
이다.
EFG는 그래핀의 페르미 에너지와 전하 중성점인 Dirac 포인트의 차이이다(마찬가지로 EFG는 실리콘의 페르미 에너지 레벨과 관련됨). 전하 중성점에 대비되는 그래핀에서의 페르미 에너지의 변화는 다음과 같이 계산될 수 있다.
Figure pct00002
여기서, vF는 그래핀의 페르미 속도이고,
n은 그래핀의 전하 밀도이다.
따라서 그래핀의 페르미 에너지(EFG)는 그래핀의 전하 밀도(n)의 변화의 함수로서 변할 것이다.
그래핀의 전하 밀도(n)는 다음과 같다.
Figure pct00003
여기서,
Figure pct00004
이고,
na는 p형 도펀트 추가(즉, QD 층(103)으로 인함) 이후의 캐리어 밀도이고,
nr은 반도체(즉, 영역(102b))와 접촉하기 전의 그래핀의 잔류 도핑이고,
ninduced는 실리콘(즉, 영역(102a))과 접촉하여 쇼트 키 장벽을 형성할 때 그래핀에서 유도되는 전하 밀도이다.
고전적인 쇼트 키-모트(Schottky-Mott) 모델은 전자 친화도(χs)가 금속의 일 함수(ΦM)보다 작은 모든 반도체가 장벽 높이
Figure pct00005
를 갖는 정류 접합부를 생성할 수 있다고 규정하고 있다. 여기서는, 금속 대신 그래핀이 사용된다. 또한, 그래핀의 페르미 레벨은 고정되어 있지 않으므로 그래핀의 일 함수(ΦG)가 변할 수 있다. QD 층(103)에서 생성된 여기자에 의한 캐리어 밀도의 변화로 인한 그래핀의 일 함수(ΦG)의 변화는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00006
도펀트 추가 전의 쇼트 키 장벽 높이가
Figure pct00007
로서 라벨링되면, 도펀투 추가 후의 쇼트 키 장벽 높이는 다음과 같이 된다(즉, QD 층(103)에서 생성된 여기자로 인함).
Figure pct00008
쇼트 키 접합 다이오드에서, 순방향 전류 흐름(J)은 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure pct00009
여기서, J는 전류 밀도
A*는 리처드슨 상수이고,
T는 절대 온도이고,
e는 기본 전하이고,
φB는 쇼트 키 장벽 높이이고,
k는 볼츠만 상수이고,
V는 접합부(즉, 제 1 전극(107)과 제 2 전극(108) 사이)에 걸쳐 인가된 전압이다.
따라서, 수학식 1로부터, 쇼트 키 장벽 높이(φB)가 p형 도펀트의 추가 이후(즉, QD 층(103)으로 인해) 캐리어 밀도(na)에 비례한다는 것을 알 수 있다. 수학식 2로부터, 전류 밀도(J)가 쇼트 키 장벽 높이(φB)에 기하 급수적으로 비례함을 알 수 있다. 따라서, 광 조사시, QD 층(103)에서의 여기자의 생성으로 인한 캐리어 밀도(na)의 작은 변화는 전류 밀도의 현저한 변화를 초래할 수 있다.
도 3은 다이오드 전류(즉, J) 대 장치에 인가된 순방향 바이어스 전압의 이론 값의 그래프를 개략적으로 도시한다.
그래프의 값은 수학식 1 및 수학식 2로부터 다음 값으로 유도된다.
Figure pct00010
센서/검출 영역에 입사되는 0.1pW의 조명 세기는 6 x 1011 광자/㎠/s과 같을 수 있다. 양자 효율 QE가 25 %라고 가정하면, 1초에 ㎠ 당 1.5 x 1011 개의 여기자가 발생된다.
도 3은 순방향 바이어스(V)를 갖는 전술한 쇼트 키 접합 다이오드에 대한 그러한 입사 전력 레벨에서의 이론 전류의 플롯이다.
도 4는 전술한 쇼트 키 접합 다이오드에 대한 광전류 대 순방향 바이어스의 이론 값의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 5는 전술한 쇼트 키 접합 다이오드에 대한 응답도 대 순방향 바이어스의 이론 값의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 3 내지 5는 0.7V의 바이어스 전압에서 전술한 쇼트 키 접합 다이오드를 작동시키는 것은 20uA의 동작 전류, 0.1pW의 입사 광 전력에 대한 3㎂의 광전류 및 3 x 107A/W의 응답도를 산출한다는 것을 보여준다. 이러한 응답도는 하이브리드 QD-GFET(양자점 그래핀 전계 효과 트랜지스터) 광 검출기의 응답도와 유사하다. 그러나, 예시적인 GFET의 동작 전류/전류 드레인은 약 1 mA(GFET가 광조사 상태 또는 어두운 상태에 있는지 여부와 무관함)일 수 있는 반면, 전술한 쇼트 키 접합 다이오드의 동작 전류는 약 20㎂(즉, 크기가 몇차수 만큼 작음)이다. 유리하게도, 본 개시의 예는 낮은 동작 전류를 갖는 광 검출기를 제공하여 전력 소비의 상당한 감소를 가능하게 한다(즉, GFET 기반 광 검출기와 같은 다른 유형의 광 검출기 대비). 이러한 전력 감소는 장치가 수백만 개의 개별 장치/검출기를 포함하는 대형 어레이로 결합되는 경우 특히 유용할 수 있다. 또한, 낮은 동작 전류는 전자를 인터페이싱하는 것과 관련하여 높은 동작 전류에 직면할 수 있는 이슈를 줄일 수 있다.
전술한 예는 순방향 바이어스 동작 모드를 위해 구성된 쇼트 키 접합 다이오드를 고려하였다. 다른 예에서, 쇼트 키 접합 다이오드는 역방향 바이어스로 동작하도록 구성될 수 있다. 이것은 동작 전류를 더 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 개시에 따른 다른 장치(600)의 예를 개략적으로 도시한다. 장치(600)는 실리콘과 같은 반도체를 포함하는 제 1 층(601)을 포함한다. 그래핀의 제 2 층(602)은 반도체 층과 직접 접촉하도록 제공되고 반도체와 쇼트 키 접합부를 형성한다. 제 1 반도체 층(601)과 각각 오믹 전기적 접촉하는 복수의 전극(607, 607')이 제공된다. 그래핀 층(602)과 오믹 전기적 접촉하는 복수의 전극(608, 608')이 추가로 제공된다. 전극(608, 608')과 오믹 접촉하는 그래핀 층(602)의 영역은 반도체 층(601)과 직접 접촉하지 않는다. 절연체(609)는 전극(608, 608') 근방의 영역에서 그래핀 층과 반도체 층 사이에 제공된다.
전극(607, 607', 608, 608')은, 전위차(V)가 그래핀 층(602)과 반도체 층(601) 사이에 인가되고 그래핀 층 및 반도체 층으로/으로부터의 전류 흐름(J)이 측정될 수 있도록 구성되고 제어된다.
도 6은 세로 방향으로 반복되는 층들 및 전극들의 배열의 일부를 도시하는 장치(600)의 부분 단면을 도시한다. 도면의 중앙 영역은 장치의 단일 픽셀을 나타낸다. 장치의 좌측 영역(즉, 2 개의 제 1 전극(607' 및 607) 사이의 갭으로부터 시작함)이 인접한 픽셀의 일부에 해당하도록 배열이 반복된다는 것을 이해해야 한다. 유사하게, 장치의 우측 영역(즉, 제 2 전극 및 제 3 전극(607, 607') 사이의 갭으로부터 시작함)은 다른 인접 픽셀의 일부에 해당한다.
장치의 각각의 픽셀에는 반도체 층(601)용 고유 전극/전기 접촉부(607)가 제공될 수 있다. 전극(607)은 장치(600)의 픽셀 영역을 정의할 수 있다.
다양한 층이 베이스 기판(610) 위에 제공된다. 특정 픽셀의 선택적인 어드레싱 및 그로부터의 전류 판독을 가능하게 하기 위해 특정 전극을 선택/어드레싱하는 추가의 회로(예를 들어, 미도시된 백플레인)가 제공될 수 있다.
적절한 기능을 갖는 반도체 나노 결정의 제 3 층(603)이 그래핀 층(602)과 직접 접촉하면서 중첩되도록 제공된다. 반도체 나노 결정은 입사광을 흡수하고 여기자를 생성하도록 구성된다. 반도체 나노 결정(603)과 그래핀(602) 사이의 밴드 정렬에 따라, 여기자로부터의 정공 또는 전자가 그래핀에 전달된다. 결과적으로, 반도체 나노 결정 층(603)의 잔류 전하가 그래핀의 페르미 에너지(EFG)를 변경하고 결과적으로 쇼트 키 장벽 높이(φB)를 변경함으로써 그래핀 층을 정전기 적으로 게이트 작용시킴으로써 그래핀 층(602)과 반도체 층(601) 사이의 전류(J)를 변경한다.
본 개시의 장치(100 및 600)는 교류(AC)에 의해 구동될 수 있고, 이 경우 장치는 조도 (및 제 3 층(103, 603)에서 생성된 여기자 수)에 비례하는 정류된 출력 전압을 제공할 것이라는 것을 이해해야 한다. 이는 장치가 인덕터 루프 또는 다른 종류의 안테나에 결합되는 경우 예를 들어 유도 결합에 의해 장치가 무선으로 전력공급될 수 있게 한다.
일 실시예에서, 장치 또는 장치 어레이는 의료 영상 디바이스에 구현될 수 있다. 예를 들어, 장치 어레이가 X 선 형광체(scintillator)와 통합되어 X 선 영상 디바이스의 일부를 형성할 수 있다.
전술한 장치(100 및 600)는 모듈 내에 제공될 수 있다. 여기서, '모듈'은 최종 제조업체 또는 사용자가 추가할 특정 부품/구성 요소를 제외하는 유닛 또는 장치를 지칭한다.
전술한 장치 및 모듈은 센서 또는 광 검출기로서 제공될 수 있으며 함께 결합되어 동일한 어레이를 형성할 수 있다.
도 7은 복수의 장치(600)의 어레이(800)의 예를 개략적으로 도시한다. 각각의 장치(600)는 픽셀 어레이를 형성할 수 있다. 도면은 평면도 관점에서 어레이를 도시하고, 또한, 도 6의 장치(600)의 평면도를 라인 A-A를 따라 절단한 평면도와 관련된다.
어레이에서, 각 픽셀(600)에 대해 (제 2) 그래핀 층에 대한 (제 2) 전극/전기 접촉부는 공유될 수 있고 어레이를 가로 질러 서로 공유될 수 있다. 즉, 그래핀 층을 위한 전극(608, 608', 808, 808')의 각각은 서로 접촉하고 있는데, 예를 들어, 열 그래핀 전극(608 및 608')은 행 그래핀 전극(808 및 808')과 접촉하면서 상호연결된다.
(제 1) 실리콘 층(미도시)을 위한 고유한 (제 1) 전극(607)이 어레이의 각각의 픽셀(600)에 제공된다. 전극(607)(미도시)은 픽셀 영역을 정의하도록 구성되고 각 픽셀의 중앙 영역 바로 아래에 배치되고 중앙 영역의 영역(즉, 이 경우에 실리콘 층에 대한 정사각형 형상의 전극이 각 픽셀에 제공됨)을 가로 질러 연장되어 유효 픽셀 영역(즉, 제 1 전극 위에 배치된 반도체 나노 결정의 제 3 층의 영역에 대응할 수 있는 광 응답/검출 영역)을 정의한다.
이러한 배열은 픽셀의 충전율(fill factor)을 증가시킬 수 있는데, 즉 전극의 커버리지 영역 (및 픽셀의 유효 감광 영역 표면을 감소시키는 "쉐도잉 효과")을 감소시킬 수 있다. 이는 입사광을 수신할 수 있는 반도체 나노 결정의 (제 3) 층의 표면적을 증가시킬 수 있고, 따라서 각 픽셀 및 어레이의 활성 감광 영역 표면적을 증가시킬 수 있다.
어레이(800)는 하나 이상의 픽셀을 선택적으로 어드레싱하고 이로부터의 출력을 판독하도록 구성된 수단, 예를 들어, 능동 매트릭스 백플레인/어드레싱 및 판독 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.
장치의 예가 다양한 구성 요소를 포함하는 것으로서 설명되었지만, 구성 요소는 대응하는 제어기 또는 장치의 하나 이상의 처리 요소 또는 프로세서와 같은 회로로서 구현되거나, 또는 기타 이와 같은 것들에 의해 제어될 수 있음을 이해해야 한다. 이와 관련하여, 전술한 각 구성 요소는 전술한 바와 같이 각 구성 요소의 대응하는 기능을 수행하도록 구성된 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현된 하나 이상의 임의의 디바이스, 수단 또는 회로일 수 있다. 예를 들어, 백플레인은: 특정 전극을 선택적으로 어드레싱하고, 특정 전극에 전압을 인가하며, 특정 전극으로부터 전류를 판독/측정하도록 구성된 회로를 구비할 수 있다.
전술한 장치, 모듈, 센서, 광 검출기 및 어레이는 감지/광 검출 이외의 기능을 제공할 수 있는 디바이스로 제공/구현될 수 있음을 이해할 것이다.
예를 들어, 디바이스는 오디오/텍스트/비디오 통신 기능(예를 들어, 원거리 통신, 비디오 통신 및/또는 텍스트 전송(단문 메시지 서비스(SMS)/멀티미디어 메시지 서비스(MMS)/이메일링) 기능), 대화형/비대화형 뷰잉 기능(예를 들어, 웹브라우징, 네비게이션, TV/프로그램 뷰잉 기능), 음악 녹음/재생 기능(예를 들어, 엠펙-1 오디오 계층-3(Moving Picture Experts Group-1 Audio Layer-3: MP3) 또는 다른 포맷 및/또는 (주파수 조절/진폭 조절) 무선 브로드캐스트 녹음/재생), 데이터의 다운로드/전송 기능, 이미지 캡처 기능(예를 들어, (예컨대, 내장형) 디지털 카메라를 사용함) 및 게임 기능 중 하나 이상을 추가적으로 제공할 수 있는 헨드헬드 휴대용 전자 디바이스(예를 들어, 모바일폰, 웨어러블 컴퓨팅 디바이스 또는 개인 휴대 정보 단말기)일 수 있다.
장치는 본 개시의 예시적인 실시예에 따라 전자 디바이스, 예를 들어 이동 단말기 내에서 제공될 수 있다. 그러나, 이동 단말기는 단지 본 개시의 구현 예로부터 이익을 얻을 수 있는 전자 디바이스의 예시일 뿐이므로, 본 개시의 범위를 동일하게 한정해서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 특정 구현 예에서 장치는 이동 단말기 내에서 제공될 수 있지만, 예를 들어, 핸드 휴대용 전자 디바이스, 웨어러블 컴퓨팅 디바이스, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 페이저, 모바일 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, TV, 게임 디바이스, 랩탑 컴퓨터, 태블릿, 카메라, 비디오 리코더, GPS 디바이스 및 다른 타입의 전자 시스템을 포함하는 그러나 이들로 한정되지 않는 다른 타입의 전자 디바이스도 본 개시의 예를 용이하게 사용할 수 있다. 또한, 디바이스는 이동성을 제공하려는 의도와 무관하게 본 개시의 예를 용이하게 사용할 수 있다.
전술한 특징은 명시적으로 설명한 조합 및 다른 조합으로 사용할 수 있다.
비록 기능이 특정 특징을 참조하여 설명되었지만, 이러한 기능은 설명되었든지 않았든지 간에 다른 특징에 의해 수행될 수 있다. 비록 특징이 특정 예를 참조하여 설명되었지만, 이러한 특징이 설명되었든지 않았든지 간에 다른 예에도 제공될 수 있다. 본 개시의 다양한 예가 이전 단락에서 설명되었지만, 주어진 예에 대한 수정이 청구 범위에서 제시된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 행해질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
'포함하다'라는 용어는 본 명세서에서 배타적이 아닌 포괄적인 의미로 사용된다. 이것은 'X가 Y를 포함한다'라는 언급은 X가 단지 하나의 Y만을 포함할 수 있거나 또는 하나 이상의 Y를 포함할 수 있다는 것을 나타내는 것이다. 만일 배타적인 의미로 '포함하다'를 사용하려면, "단지 하나의 ...만을 포함하는"이라고 언급하거나 "~로 이루어지는"을 사용함으로써 그 의미가 문맥에서 명료해질 것이다.
이러한 설명에서, 다양한 예가 참조되었다. 예와 관련된 특징 또는 기능의 설명은 그와 같은 특징 또는 기능이 그 예에 존재한다는 것을 나타낸다. 본문에서 '예' 또는 '예를 들어' 또는 '일 수 있다'라는 용어의 사용은, 명시적으로 언급되든 아니든, 그와 같은 특징 또는 기능이 예로서 설명되든 아니든 적어도 설명된 예에 존재한다는 것과, 그와 같은 특징 또는 기능이 반드시 그러한 것은 아니지만, 일부의 또는 모든 다른 예에서 존재할 수 있다는 것을 나타낸다. 그래서 '예', '예를 들어' 또는 '일 수 있다'라는 것은 예의 부류에서 특정한 인스턴스를 말한다. 인스턴스의 속성은 그 인스턴스만의 속성일 수 있거나, 또는 부류의 속성 또는 부류 내에서 일부이되 전부가 아닌 인스턴스를 포함하는 부류의 하위부류의 속성일 수 있다.
이 설명에서, "일" [특징, 요소, 구성 요소, 수단 ...]은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 "적어도 하나의" [특징, 요소, 구성 요소, 수단 ...]으로 해석되어야 한다.
위 상세한 설명은 본 개시의 몇몇 예를 기술하지만, 당업자는 전술한 구조 및 특징의 특정 예와 균등한 기능을 제공하는 가능한 대안 구조 및 방법 특징을 알 수 있을 것이며, 이러한 대안 구조 및 방법 특징은 간략화 및 명료성을 위해 설명으로부터 생략되었다. 그럼에도 불구하고, 전술한 설명은 대안 구조 및 방법 특징이 본 개시의 예의 위 설명에서 명시적으로 제외되지 않는 한 균등 기능을 제공하는 이러한 대안 구조 및 방법 특징에 대한 참조를 내재적으로 포함하여 읽혀져야 한다.
특히 중요한 것으로 여겨지는 본 개시의 예의 특징에 주의를 기울이도록 명세서에서 노력하고 있지만, 본 출원인이 특별한 강조가 있었는지의 여부와 관계없이 본 명세서에 언급되거나/언급되고 도면에 도시된 임의의 특허 가능한 특징 또는 특징들의 조합에 대한 보호를 주장한다는 것을 이해해야 한다.

Claims (14)

  1. 장치로서,
    반도체 물질의 제 1 층과,
    2 차원 물질의 제 2 층 - 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층은 전위 에너지 장벽을 갖는 전기 접합부를 형성하도록 구성됨 - 과,
    입사 전자기 방사선의 흡수시 하나 이상의 여기자를 생성하도록 구성된 물질의 제 3 층을 포함하되,
    상기 장치는 상기 제 3 층에서 생성된 하나 이상의 여기자가 상기 전기 접합부의 전위 에너지 장벽을 변화시키도록 구성되는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 접합부는 정류 접합부, 쇼트 키 접합부 및 쇼트 키 다이오드 접합부 중 하나 이상인
    장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전위 에너지 장벽은 쇼트 키 장벽 높이인
    장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2 차원 물질의 제 2 층은,
    2 차원 물질의 실질적인 단일 층, 또는
    2 차원 물질의 n 개의 층 - n은 5 이하임 - 으로 이루어지는
    장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2 차원 물질은 그래핀인
    장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 제 3 층에서 생성된 여기자의 전자 또는 정공 중 하나가 상기 제 2 층의 상기 2 차원 물질의 페르미 레벨(Fermi level)을 변경하여 상기 전기 접합부의 전위 에너지 장벽을 변경하도록
    구성되는
    장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 사용시,
    상기 전기 접합부를 통과하는 전류가 상기 전위 에너지 장벽의 레벨에 따라 조절되도록
    구성되는
    장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 층의 물질은,
    반도체 물질로 형성되는 것,
    기능화된 반도체 물질로 형성되는 것,
    반도체 나노 결정으로 형성되는 것,
    양자점을 포함하는 것,
    콜로이드 양자점을 포함하는 것 중 하나 이상인
    장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 물질의 제 1 층용 제 1 전극과,
    상기 2 차원 물질의 제 2 층용 분리된 제 2 전극을 더 포함하는
    장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 장치의 복수 개를 포함하는 어레이.
  11. 제 9 항의 장치의 복수 개를 포함하는 제 10 항의 어레이로서,
    상기 복수 개의 장치의 제 2 전극의 각각은 상기 어레이에 걸쳐 공유되는
    어레이.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 장치의 각각은 상기 어레이를 위한 픽셀을 정의하고,
    각 픽셀의 제 1 전극은 상기 어레이의 각 픽셀에 대해 고유하며,
    바람직하게는 상기 제 1 전극의 각각은 각 픽셀 영역을 정의하는
    어레이.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 장치 또는 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 어레이를 포함하는 모듈, 센서 또는 광 검출기.
  14. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 장치,
    제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 어레이, 및/또는
    제 13 항의 모듈, 센서 또는 광 검출기를 포함하는
    디바이스.
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