KR20190085682A - Photodetector and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20190085682A
KR20190085682A KR1020180003856A KR20180003856A KR20190085682A KR 20190085682 A KR20190085682 A KR 20190085682A KR 1020180003856 A KR1020180003856 A KR 1020180003856A KR 20180003856 A KR20180003856 A KR 20180003856A KR 20190085682 A KR20190085682 A KR 20190085682A
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photodetector
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김준동
김홍식
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인천대학교 산학협력단
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Abstract

Provided are a photodetector with improved performance and manufacturing method thereof. The photodetector comprises: a substrate; a molybdenum sulfide film formed on the substrate and growth in a vertical direction; an upper contact formed on the molybdenum sulfide film; and a lower contact formed below the substrate.

Description

포토 디텍터 및 그 제조 방법{Photodetector and manufacturing method thereof}Photodetector and manufacturing method < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 포토 디텍터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photodetector and a method of manufacturing the same.

현대 시대에 많이 논의된 연구 자료로서 그래핀(Graphene)은 몇 가지 중요한 특징이 부족하다. 밴드갭(bandgap)이 없다는 것은 그것들 중 하나로, 이러한 결점 때문에 그래핀은 광전자 소자의 잠재적인 재료가 되기 어렵다. 그러나 97% 이상의 투명도, 초박막(1 원자 두께), 높은 전도성 및 1.1 TPa의 영률(Young's modulus)과 같은 그래핀의 뛰어난 특성들이 있어, 그래핀과 같은 반도체 재료를 찾기 위한 연구가 지속되어 왔다.Graphene lacks some important features as a much discussed research in the modern era. One of them is that there is no bandgap, and because of this drawback, graphene is difficult to become a potential material for optoelectronic devices. However, research has continued to find semiconducting materials such as graphene because of its outstanding properties such as transparency of 97%, ultra thin film (1 atom thickness), high conductivity and Young's modulus of 1.1 TPa.

결과적으로, 전이 금속 칼코겐화합물(TMDs; transition metal dichalcogenides) 계열의 뛰어난 구성원인 이황화 몰리브덴(MoS2)은 자연상에 풍부하고, 구조를 포함한 모든 측면에서 그래핀을 대체할 수 있는 적합한 후보 물질로 확인되었다. 벌크 MoS2 물질은 똑같이 얇은 2D 층으로 슬라이스할 수 있다. 이러한 각 2D 레이어는 칼코겐의 박막 사이에 끼워진 몰리브덴의 단일 시트로 구성된다.As a result, molybdenum disulfide (MoS 2 ), an excellent member of the transition metal dichalcogenides (TMDs) family, is a natural candidate and a suitable candidate to replace graphene in all aspects, including structure . The bulk MoS 2 material can be sliced into an equally thin 2D layer. Each of these 2D layers consists of a single sheet of molybdenum sandwiched between thin films of chalcogen.

등록특허공보 제 10-1241467호Patent Registration No. 10-1241467

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 동작 성능이 향상된 포토 디텍터를 제공하는 것이다.A problem to be solved by the present invention is to provide a photodetector with improved operation performance.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 동작 성능이 향상된 포토 디텍터의 제조 방법을 제공하는 것이다.A further object of the present invention is to provide a method of manufacturing a photodetector with improved operational performance.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 디텍터는 기판, 상기 기판 상에 형성되고, 수직 방향으로 성장된 황화 몰리브덴막, 상기 황화 몰리브덴막 상에 형성되는 상부 컨택 및 상기 기판 아래에 형성되는 하부 컨택을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a photodetector comprising a substrate, a molybdenum sulfide film formed on the substrate and grown in a vertical direction, an upper contact formed on the molybdenum sulfide film, The lower contact being formed.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 포토 디텍터 제조 방법은 서로 반대되는 제1 및 제2 면을 포함하는 기판을 제공하고, 상기 제2 면 상에 하부 컨택을 형성하고, 상기 제1 면 상에 제1 온도로 황화 몰리브덴막을 증착하고, 상기 황화 몰리브덴막 상에 상부 컨택을 형성하는 것을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a photodetector, including: providing a substrate including first and second surfaces opposite to each other; forming a lower contact on the second surface; Depositing a molybdenum sulfide film at a first temperature on the first side, and forming an upper contact on the molybdenum sulfide film.

기타 실시예들의 구체적 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 일 실시예에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다. According to one embodiment of the present invention, at least the following effects are obtained.

즉, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 포토 디텍터는 넓은 대역의 빛에 대해서 높은 응답 특성을 가질 수 있다.That is, the photodetector according to some embodiments of the present invention may have a high response characteristic for a wide band of light.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 포토 디텍터 제조 방법은 온도 가변에 따라서 흡수도를 조율할 수 있다.The method of manufacturing the photodetector according to some embodiments of the present invention can adjust the degree of absorption according to the temperature variation.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.The effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the specification.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토 디텍터를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들의 따른 실제 제작된 포토 디텍터의 이미지이다.
도 3은 도 2의 포토 디텍터의 단면을 나타내는 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 이미지이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토 디텍터 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1 내지 3의 실제 제작된 이미지를 나타내는 이미지이다.
도 10은 본 발명의 몇몇 실시예들의 3인치 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 MoS2 막을 나타낸 이미지이다.
도 11은 본 발명의 실시예 1 내지 3의 MoS2 막의 XRD(X-ray diffraction) 프로파일이다.
도 12는 본 발명의 실시예 1의 MoS2 막의 표면 형태를 나타낸 FESEM 이미지이다.
도 13은 본 발명의 실시예 2의 MoS2 막의 표면 형태를 나타낸 FESEM 이미지이다.
도 14는 본 발명의 실시예 3의 MoS2 막의 표면 형태를 나타낸 FESEM 이미지이다.
도 15는 본 발명의 실시예 1 내지 3의 MoS2 막의 파장에 따른 흡수도를 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 455nm의 파장에서의 광반응을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 515nm의 파장에서의 광반응을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 620nm의 파장에서의 광반응을 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 파장에 대한 라이즈 타임 및 폴 타임을 정리한 표이다.
도 20은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터와 기존의 포토 디텍터와의 특성을 비교한 표이다.
도 21은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 블루 컬러의 입사광에 대해서 빛의 세기에 따른 광전류를 도시한 그래프이다.
도 22는 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 그린 컬러의 입사광에 대해서 빛의 세기에 따른 광전류를 도시한 그래프이다.
도 23은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 레드 컬러의 입사광에 대해서 빛의 세기에 따른 광전류를 도시한 그래프이다.
도 24는 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 455nm의 파장에서의 응답도 및 검출능을 나타낸 도면이다.
도 25는 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 515nm의 파장에서의 응답도 및 검출능을 나타낸 도면이다.
도 26은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 620nm의 파장에서의 응답도 및 검출능을 나타낸 도면이다.
1 is a perspective view illustrating a photodetector according to some embodiments of the present invention.
Figure 2 is an image of a photodetector manufactured in accordance with some embodiments of the present invention.
3 is a FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) image showing a cross section of the photodetector of FIG.
FIGS. 4 to 8 are intermediate-level diagrams illustrating a method of manufacturing a photodetector according to some embodiments of the present invention.
9 is an image showing an actually produced image of Embodiments 1 to 3 of the present invention.
10 is an image showing a MoS 2 film formed on a 3 inch silicon wafer of some embodiments of the present invention.
11 is an X-ray diffraction (XRD) profile of the MoS 2 films of Examples 1 to 3 of the present invention.
12 is an FESEM image showing the surface morphology of the MoS 2 film of Example 1 of the present invention.
13 is an FESEM image showing the surface morphology of the MoS 2 film of Example 2 of the present invention.
14 is an FESEM image showing the surface morphology of the MoS 2 film of Example 3 of the present invention.
FIG. 15 is a graph showing the absorption of MoS 2 films according to Examples 1 to 3 according to wavelengths of the present invention. FIG.
16 is a diagram showing the photoreaction at a wavelength of 455 nm of the photodetector of Example 3 of the present invention.
17 is a diagram showing the photoreaction at a wavelength of 515 nm of the photodetector of Example 3 of the present invention.
18 is a diagram showing the photoreaction at a wavelength of 620 nm of the photodetector of Example 3 of the present invention.
19 is a table summarizing a rise time and a fall time with respect to a wavelength of a photodetector according to the third embodiment of the present invention.
20 is a table comparing the characteristics of the photodetector of the third embodiment of the present invention with the conventional photodetector.
FIG. 21 is a graph showing the photocurrent according to the intensity of light with respect to incident light of blue color of the photodetector according to the third embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 22 is a graph showing photocurrent according to the intensity of light with respect to incident light of green color of the photodetector of Example 3 of the present invention. FIG.
23 is a graph showing photocurrent according to intensity of light with respect to incident light of red color of the photodetector of Example 3 of the present invention.
FIG. 24 is a diagram showing the response and detectability at a wavelength of 455 nm of the photodetector of Example 3 of the present invention. FIG.
Fig. 25 is a chart showing the response and detectability of the photodetector according to the third embodiment of the present invention at a wavelength of 515 nm. Fig.
26 is a chart showing the response and detection ability of the photodetector according to the third embodiment of the present invention at a wavelength of 620 nm.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, it is needless to say that these elements, components and / or sections are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, element or section from another element, element or section. Therefore, it goes without saying that the first element, the first element or the first section mentioned below may be the second element, the second element or the second section within the technical spirit of the present invention.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.It is to be understood that when an element or layer is referred to as being "on" or " on "of another element or layer, All included. On the other hand, a device being referred to as "directly on" or "directly above " indicates that no other device or layer is interposed in between.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.The terms spatially relative, "below", "beneath", "lower", "above", "upper" May be used to readily describe a device or a relationship of components to other devices or components. Spatially relative terms should be understood to include, in addition to the orientation shown in the drawings, terms that include different orientations of the device during use or operation. For example, when inverting an element shown in the figure, an element described as " below or beneath "of another element may be placed" above "another element. Thus, the exemplary term "below" can include both downward and upward directions. The elements can also be oriented in different directions, in which case spatially relative terms can be interpreted according to orientation.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 포토 디텍터를 설명한다.Hereinafter, a photodetector according to some embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토 디텍터를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들의 따른 실제 제작된 포토 디텍터의 이미지이다. 도 3은 도 2의 포토 디텍터의 단면을 나타내는 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 이미지이다.FIG. 1 is a perspective view illustrating a photodetector according to some embodiments of the present invention, and FIG. 2 is an image of a photodetector actually manufactured according to some embodiments of the present invention. 3 is a FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) image showing a cross section of the photodetector of FIG.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 포토 디텍터는 기판(100), 하부 컨택(200), 상부 컨택(400) 및 황화 몰리브덴막(300)을 포함한다.1 to 3, a photodetector according to some embodiments of the present invention includes a substrate 100, a bottom contact 200, a top contact 400, and a molybdenum sulfide film 300.

기판(100)은 실리콘 기판일 수 있다. 기판(100)은 p형 실리콘 기판일 수 있다. 기판(100)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)의 측면과 제3 방향(Z)의 상면 및 하면을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)은 서로 교차하는 방향이고, 서로 직교하는 방향일 수 있다. 따라서, 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)은 서로 오소고날(orthogonal)한 방향일 수 있다.The substrate 100 may be a silicon substrate. The substrate 100 may be a p-type silicon substrate. The substrate 100 may include a top surface and a bottom surface in a first direction X and a side surface in the second direction Y and in a third direction Z. [ In this case, the first direction (X), the second direction (Y), and the third direction (Z) intersect with each other and may be perpendicular to each other. Accordingly, the first direction X, the second direction Y, and the third direction Z may be directions orthogonal to each other.

기판(100)은 서로 반대되는 제1 면과 제2 면을 포함할 수 있다. 상기 제1 면 및 제2 면은 제3 방향(Z)에서 서로 반대되는 방향일 수 있다. 따라서, 도 1에서 기판(100)의 상기 제1 면은 상면이고, 기판(100)의 상기 제2 면은 하면일 수 있다.The substrate 100 may include a first side and a second side opposite to each other. The first surface and the second surface may be opposite to each other in the third direction (Z). Thus, in Figure 1, the first side of the substrate 100 is the upper surface, and the second side of the substrate 100 is the lower surface.

기판(100)의 상면은 실리콘의 (100)평면일 수 있다. 기판(100)의 상면이 실리콘의 (100)평면임에 따라서, 추후에 황화 몰리브덴막(300)이 수직 방향으로 성장할 수 있다.The upper surface of the substrate 100 may be a (100) plane of silicon. As the upper surface of the substrate 100 is the (100) plane of silicon, the molybdenum sulfide film 300 can grow laterally in the vertical direction.

기판(100)의 두께는 상부 및 하부 구조를 지지할 수 있도록 충분히 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 기판(100)의 두께는 100 내지 1000μm일 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.The thickness of the substrate 100 may be sufficiently thick to support the top and bottom structures. For example, the thickness of the substrate 100 may be 100 to 1000 占 퐉. However, the present embodiment is not limited thereto.

하부 컨택(200)은 기판(100)의 상기 제2 면 즉, 하면에 형성될 수 있다. 하부 컨택(200)은 금속 컨택일 수 있다. 하부 컨택(200)은 예를 들어, Al을 포함할 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 하부 컨택(200)은 기판(100)의 하면을 덮을 수 있다. 구체적으로, 기판(100)의 하면은 입사광을 수신하는 방향이 아니므로 하부 컨택(200)에 의해서 커버되어도 상관없을 수 있다.The lower contact 200 may be formed on the second surface, that is, the lower surface of the substrate 100. The lower contact 200 may be a metal contact. The lower contact 200 may comprise, for example, Al. However, the present embodiment is not limited thereto. The lower contact 200 may cover the lower surface of the substrate 100. Specifically, the lower surface of the substrate 100 may be covered by the lower contact 200 since the lower surface of the substrate 100 is not in the direction of receiving the incident light.

하부 컨택(200)은 예를 들어, 50 내지 500nm의 두께로 형성될 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 하부 컨택(200)은 기판(100)과 황화 몰리브덴막(300)에 의해서 생성된 전류를 외부로 전달하기에 충분한 두께로 형성될 수 있다. 하부 컨택(200)이 너무 두꺼우면 저항이 커질 수 있다.The lower contact 200 may be formed to a thickness of, for example, 50 to 500 nm. However, the present embodiment is not limited thereto. The lower contact 200 may be formed to a thickness sufficient to transfer the current generated by the substrate 100 and the molybdenum sulfide film 300 to the outside. If the lower contact 200 is too thick, the resistance can be increased.

황화 몰리브덴막(300)은 기판(100)의 상기 제1 면, 즉, 상면에 형성될 수 있다. 황화 몰리브덴막(300)은 MoS2를 포함할 수 있다. 황화 몰리브덴막(300)은 수직 방향으로 성장된 MoS2 막일 수 있다. 구체적으로, MoS2는 2차원(2D; 2-dimension) 물질이고, 2차원 물질은 평면 방향으로만 우선 성장하는 특성을 가지고 있다. 즉, 성장 방향이 2차원 평면을 이루므로 성장 방향과 수직한 방향으로는 상기 평면 방향과 같은 성장을 하지 않는다. The molybdenum sulfide film 300 may be formed on the first surface, that is, the upper surface of the substrate 100. The molybdenum sulfide film 300 may include MoS 2 . The molybdenum sulfide film 300 may be a MoS 2 film grown in the vertical direction. Specifically, MoS 2 is a two-dimensional (2D) material, and a two-dimensional material has a property of preferentially growing only in a plane direction. That is, since the growth direction is a two-dimensional plane, growth does not occur in the direction perpendicular to the growth direction.

황화 몰리브덴막(300)은 제3 방향(Z)으로 성장하는 즉, 수직 성장막일 수 있다. 황화 몰리브덴막(300)은 제3 방향(Z)으로 우선 성장하고, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y) 즉, 수평 방향으로는 성장하지 않거나 더디게 성장할 수 있다. 즉, 황화 몰리브덴막(300)의 수평 방향의 성장률은 수직 방향의 성장률보다 작을 수 있다.The molybdenum sulfide film 300 may be a vertically grown film that grows in the third direction Z. [ The molybdenum sulfide film 300 grows first in the third direction Z and grows slowly or slowly in the first direction X and the second direction Y, i.e., in the horizontal direction. That is, the growth rate of the molybdenum sulfide film 300 in the horizontal direction may be smaller than the growth rate in the vertical direction.

황화 몰리브덴막(300)은 수직 성장함으로서 포토 디텍터에 더욱 적합한 특성을 가질 수 있다. 황화 몰리브덴막(300)은 제1 방향(X)의 평면 또는 제2 방향(Y)의 측면에서는 잎 또는 잎들이 모여있는(leaf or leaves) 모양을 가질 수 있다. The molybdenum sulfide film 300 may have characteristics more suitable for a photodetector by being grown vertically. The molybdenum sulfide film 300 may have a leaf or leaves shape in the plane of the first direction X or the side of the second direction Y. [

황화 몰리브덴막(300)은 기판(100) 상에 기판(100)의 상면을 덮도록 형성될 수 있다. 황화 몰리브덴막(300)은 예를 들어, 10 내지 200nm의 두께로 형성될 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. The molybdenum sulfide film 300 may be formed to cover the upper surface of the substrate 100 on the substrate 100. The molybdenum sulfide film 300 may be formed to a thickness of 10 to 200 nm, for example. However, the present embodiment is not limited thereto.

황화 몰리브덴막(300)은 기판(100)과 정류 접합(rectifying junction)을 형성할 수 있다.The molybdenum sulfide film 300 may form a rectifying junction with the substrate 100.

상부 컨택(400)은 황화 몰리브덴막(300)의 상면을 덮도록 형성될 수 있다. 단, 황화 몰리브덴막(300)의 상면은 입사광이 입사되는 방향에 위치하므로 황화 몰리브덴막(300)의 상면을 모두 커버하지 않도록 그리드(grid) 형상을 가질 수 있다. 즉, 상부 컨택(400)에 의해서 황화 몰리브덴막(300)의 상면의 일부가 외부로 노출될 수 있다.The upper contact 400 may be formed to cover the upper surface of the molybdenum sulfide film 300. However, since the upper surface of the molybdenum sulfide film 300 is located in a direction in which incident light is incident, the upper surface of the molybdenum sulfide film 300 may have a grid shape so as not to cover the upper surface of the molybdenum sulfide film 300. That is, a part of the upper surface of the molybdenum sulfide film 300 may be exposed to the outside by the upper contact 400.

상부 컨택(400)은 황화 몰리브덴막(300)의 상면의 입사광이 들어오는 면적을 최대화할 수 있다. 상부 컨택(400)은 바디(410)와 브랜치(420)를 포함할 수 있다.The upper contact 400 can maximize the area where the incident light on the upper surface of the molybdenum sulfide film 300 enters. The upper contact 400 may include a body 410 and a branch 420.

바디(410)는 제2 방향(Y)으로 연장되고, 제1 방향(X) 상에서 상부 컨택(400)의 중심에 위치할 수 있다. 바디(410)는 제1 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 두께는 50 내지 500nm의 두께로 형성될 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.The body 410 may extend in the second direction Y and may be located in the center of the upper contact 400 in the first direction X. [ The body 410 may have a first thickness. For example, the first thickness may be 50 to 500 nm. However, the present embodiment is not limited thereto.

바디(410)는 외부와 연결되는 부분일 수 있다. 따라서, 추후에 설명되는 브랜치(420)보다 더 두껍게 형성되어 외부와의 접속을 용이하게 할 수 있다.The body 410 may be a portion connected to the outside. Therefore, it is formed thicker than the branch 420 to be described later, so that connection with the outside can be facilitated.

브랜치(420)는 바디(410)에서 제1 방향(X)으로 연장될 수 있다. 브랜치(420)는 바디(410)를 중심으로 제1 방향(X) 상의 양측으로 연장될 수 있다. 양측으로 연장되는 브랜치(420)는 바디(410)로부터 동일한 길이만큼 연장될 수 있다. 이에 따라서, 상부 컨택(400)의 형상은 바디(410)를 기준으로 제1 방향(X)으로 대칭일 수 있다. 이는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토 디텍터의 전류가 균일하게 전송되게 하기 위함이다.The branch 420 may extend in the first direction X at the body 410. The branch 420 may extend to both sides in the first direction X about the body 410. The branches 420 extending to both sides may extend the same length from the body 410. Accordingly, the shape of the upper contact 400 may be symmetrical in the first direction X with respect to the body 410. This is to ensure that the current of the photodetector according to some embodiments of the present invention is transmitted uniformly.

브랜치(420)는 바디(410)의 제1 두께보다 작은 제2 두께를 가질 수 있다. 브랜치(420)는 바디(410) 및 황화 몰리브덴막(300)과 접하고, 외부와는 직접적으로 연결되지 않을 수 있다. The branch 420 may have a second thickness that is less than the first thickness of the body 410. The branch 420 may contact the body 410 and the molybdenum sulfide film 300 and may not be directly connected to the outside.

본 발명의 몇몇 실시예에 따른 포토 디텍터의 상부 컨택(400)은 Al 등의 금속을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 포토 디텍터의 상부 컨택(400)은 Al 등의 금속과, 투명 전도층과, 금속 나노선 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 때, 투명 전도층은 ITO 또는 FTO와 같이 투명한 전도체를 포함할 수 있다.The top contact 400 of the photodetector according to some embodiments of the present invention may include a metal such as Al. In addition, the upper contact 400 of the photodetector according to some embodiments of the present invention may include at least one of a metal such as Al, a transparent conductive layer, and a metal nanowire. At this time, the transparent conductive layer may include a transparent conductor such as ITO or FTO.

도 2는 실제 제작된 포토 디텍터의 이미지이고, 도 3은 도 2의 포토 디텍터의 단면을 나타내는 FESEM 이미지이다. FIG. 2 is an image of a photodetector actually manufactured, and FIG. 3 is an FESEM image showing a cross section of the photodetector of FIG.

이하, 도 1 및 도 4 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토 디텍터 제조 방법을 설명한다. 상술한 실시예와 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략한다.Hereinafter, a method of manufacturing a photodetector according to some embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 4 to 8. FIG. The description overlapping with the above embodiment is simplified or omitted.

도 4 내지 도 8은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토 디텍터 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.FIGS. 4 to 8 are intermediate-level diagrams illustrating a method of manufacturing a photodetector according to some embodiments of the present invention.

먼저, 도 4를 참조하면, 기판(100)을 제공한다.First, referring to FIG. 4, a substrate 100 is provided.

기판(100)은 제3 방향(Z)으로 서로 반대되는 제1 면(101) 및 제2 면(102)을 포함할 수 있다. 도 4에서, 제1 면(101)은 상면으로 도시되고, 제2 면(102)은 하면으로 도시되었다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토 디텍터에서는 제1 면(101) 및 제2 면(102)이 각각 하면과 상면일 수도 있다. 편의상, 제1 면(101) 및 제2 면(102)이 각각 상면과 하면인 것을 기준으로 설명한다.The substrate 100 may include a first side 101 and a second side 102 that are opposite to each other in a third direction Z. [ In Figure 4, the first side 101 is shown as the top side and the second side 102 is shown as the bottom. In the photodetector according to some embodiments of the present invention, the first side 101 and the second side 102 may be the lower surface and the upper surface, respectively. For convenience, the first surface 101 and the second surface 102 are referred to as upper and lower surfaces, respectively.

기판(100)은 p형 실리콘 기판일 수 있다. 기판(100)의 상면은 실리콘의 (100)평면일 수 있다. 기판(100)은 아세톤 및 증류수를 이용해 초음파 처리로 세정될 수 있다. The substrate 100 may be a p-type silicon substrate. The upper surface of the substrate 100 may be a (100) plane of silicon. The substrate 100 can be cleaned by ultrasonic treatment using acetone and distilled water.

이어서, 도 5를 참조하면, 기판(100)의 제2 면(102) 상에 하부 컨택(200)을 형성한다.Referring now to FIG. 5, a bottom contact 200 is formed on a second side 102 of the substrate 100.

하부 컨택(200)은 Al을 포함할 수 있다. 하부 컨택(200)은 DC 스퍼터링으로 증착될 수 있다. 하부 컨택은 하부 컨택(200)은 기판(100)의 하면을 완전히 덮을 수 있다.The lower contact 200 may include Al. The lower contact 200 may be deposited by DC sputtering. The lower contact can completely cover the lower surface of the substrate 100. [

이어서, 도 6을 참조하면, 기판(100)의 제1 면(101) 상에 황화 몰리브덴막(300)을 형성한다.Next, referring to FIG. 6, a molybdenum sulfide film 300 is formed on the first surface 101 of the substrate 100.

황화 몰리브덴막(300)은 MoS2를 포함할 수 있다. 황화 몰리브덴막(300)은 수직 방향으로 성장된 MoS2 막일 수 있다. 황화 몰리브덴막(300)은 RF 스퍼터링을 이용하여 증착될 수 있다. 황화 몰리브덴막(300)이 형성되면서, 기판(100)과 황화 몰리브덴막(300)은 정류 접합을 형성할 수 있다.The molybdenum sulfide film 300 may include MoS 2 . The molybdenum sulfide film 300 may be a MoS 2 film grown in the vertical direction. The molybdenum sulfide film 300 may be deposited using RF sputtering. As the molybdenum sulfide film 300 is formed, the substrate 100 and the molybdenum sulfide film 300 can form a rectification junction.

황화 몰리브덴막(300)은 제3 방향(Z)으로 우선 성장하고, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y) 즉, 수평 방향으로는 황화 몰리브덴막(300)이 더디게 성장하거나 성장하지 않을 수 있다. 즉, 황화 몰리브덴막(300)의 제3 방향(Z)의 성장률은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)의 성장률보다 클 수 있다.The molybdenum sulfide film 300 is first grown in the third direction Z and the molybdenum sulfide film 300 is not grown or grown slowly in the first direction X and the second direction Y . That is, the growth rate of the molybdenum sulfide film 300 in the third direction Z may be greater than the growth rate in the first direction X and the second direction Y.

황화 몰리브덴막(300)은 제1 온도에서 증착될 수 있다. 이 때, 제1 온도는 상온 내지 600℃일 수 있다. 제1 온도가 달라짐에 따라서, 황화 몰리브덴막(300)의 구조 및 표면 상태가 달라질 수 있다. 이에 따라서, 황화 몰리브덴막(300)의 여러 특성이 달라질 수 있다. 황화 몰리브덴막(300)이 증착되는 동안 기판(100)은 일정한 속도로 회전할 수 있다. 이는 황화 몰리브덴막(300)의 증착을 균일하게 할 수 있다.The molybdenum sulfide film 300 may be deposited at a first temperature. At this time, the first temperature may be from room temperature to 600 ° C. As the first temperature is changed, the structure and surface state of the molybdenum sulfide film 300 may be changed. Accordingly, various characteristics of the molybdenum sulfide film 300 can be changed. The substrate 100 may be rotated at a constant speed while the molybdenum sulfide film 300 is being deposited. This can make the deposition of the molybdenum sulfide film 300 uniform.

이어서, 도 7을 참조하면, 황화 몰리브덴막(300) 상에 상부 컨택(400)을 형성한다. 상부 컨택(400)은 그리드 형상을 가질 수 있다. 즉, 상부 컨택(400)에 의해서 황화 몰리브덴막(300)의 일부가 외부로 노출될 수 있다. 상부 컨택(400)은 DC 스퍼터링에 의해서 증착될 수 있다. Next, referring to FIG. 7, an upper contact 400 is formed on the molybdenum sulfide film 300. Top contact 400 may have a grid shape. That is, a portion of the molybdenum sulfide film 300 may be exposed to the outside by the upper contact 400. The upper contact 400 may be deposited by DC sputtering.

이어서, 도 8을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 포토 디텍터를 급속 열처리(rapid thermal process, RTP)(50)할 수 있다.Referring now to FIG. 8, a phototetector according to some embodiments of the present invention may be subjected to a rapid thermal process (RTP) 50.

급속 열처리(50)는 상부 컨택(400)과 황화 몰리브덴막(300)의 접착을 더욱 견고하게 할 수 있다. 마찬가지로, 급속 열처리(50)는 하부 컨택(200)과 기판(100)의 접착도 더욱 견고하게 할 수 있다.The rapid thermal annealing 50 can further strengthen the adhesion between the upper contact 400 and the molybdenum sulfide film 300. Similarly, the rapid thermal annealing process 50 can further strengthen the adhesion between the lower contact 200 and the substrate 100.

급속 열처리(50)는 제2 온도로 수행될 수 있다. 상기 제2 온도는 100 내지 1000℃일 수 있다. 급속 열처리(50)는 5분 내지 60분 동안 수행될 수 있다.The rapid thermal processing (50) may be performed at a second temperature. The second temperature may be 100-1000 < 0 > C. The rapid thermal annealing (50) may be performed for 5 to 60 minutes.

이어서, 도 1을 참조하면, 포토 디텍터가 완성될 수 있다. 이하 실험예들을 통해서 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토 디텍터 및 포토 디텍터 제조 방법을 자세히 설명한다.Next, referring to FIG. 1, a photodetector can be completed. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method of manufacturing a photodetector and a photodetector according to some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시예 1-RTExample 1-RT

p형 실리콘 재질의 기판을 세정하고, 그 하면에 Al 하부 컨택을 형성하였다. 4인치 Al 타겟을 DC 파워 300W로 10분간 DC 스퍼터링하여 Al 하부 컨택을 형성하였다. 이어서, 25W의 RF 스퍼터링을 이용하여 4인치 MoS2 타겟을 기판의 상면에 30분간 증착시켜 수직 방향의 MoS2 막 즉, 황화 몰리브덴막을 형성하였다. 이 때, MoS2 막은 상온(room temperature, RT)에서 증착되었다. MoS2막의 증착 동안 기판은 5rpm의 일정한 속도로 회전하였다. 이어서, 그리드 형상의 상부 Al 컨택을 MoS2 막 상에 DC 스퍼터링으로 형성하고, 10분간 500℃로 급속 열처리를 수행하였다.The p-type silicon substrate was cleaned, and an Al lower contact was formed on the lower surface. A 4-inch Al target was DC sputtered for 10 minutes at 300 W DC power to form an Al bottom contact. Subsequently, a 4-inch MoS 2 target was deposited on the upper surface of the substrate for 30 minutes using RF sputtering of 25 W to form a vertical MoS 2 film, that is, a molybdenum sulfide film. At this time, the MoS 2 film was deposited at room temperature (RT). During the deposition of the MoS 2 film, the substrate rotated at a constant rate of 5 rpm. Then, a grid-shaped upper Al contact was formed on the MoS 2 film by DC sputtering, and rapid thermal annealing was performed at 500 캜 for 10 minutes.

실시예 2-200℃Example 2 200 占 폚

MoS2 막의 증착 온도를 200℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제작되었다.Except that the deposition temperature of the MoS 2 film was changed to 200 캜.

실시예 3-400℃Example 3-400 [

MoS2 막의 증착 온도를 200℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제작되었다.Except that the deposition temperature of the MoS 2 film was changed to 200 캜.

도 9는 본 발명의 실시예 1 내지 3의 실제 제작된 이미지를 나타내는 이미지이다. 도 9는, 실리콘 기판 상에 형성된 실시예 1 내지 3(좌측)과 유리 기판 상에 각각 상온, 200℃ 및 400℃의 온도에서 MoS2 막이 형성된 실시예(우측)를 보여준다.9 is an image showing an actually produced image of Embodiments 1 to 3 of the present invention. Fig. 9 shows Examples 1 to 3 (left side) formed on a silicon substrate and an example (right side) in which a MoS 2 film was formed at room temperature, 200 캜 and 400 캜, respectively, on a glass substrate.

도 10은 본 발명의 몇몇 실시예들의 3인치 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 MoS2 막을 나타낸 이미지이다. MoS2 막의 스퍼터링은 3인치 웨이퍼 상에 대면적 기법으로 성공적으로 수행될 수 있다.10 is an image showing a MoS 2 film formed on a 3 inch silicon wafer of some embodiments of the present invention. Sputtering of the MoS 2 film can be successfully performed with a large area technique on 3 inch wafers.

실험예 1Experimental Example 1

MoS2 막의 구조적 특성을 알아보기 위해서, 실시예 1 내지 3의 XRD(X-ray diffraction)를 수행하고, 표면 형태를 FESEM으로 촬영하였다.In order to examine the structural characteristics of the MoS2 film, X-ray diffraction (XRD) of Examples 1 to 3 was carried out and the surface morphology was photographed by FESEM.

도 11은 본 발명의 실시예 1 내지 3의 MoS2 막의 XRD(X-ray diffraction) 프로파일이다.11 is an X-ray diffraction (XRD) profile of the MoS 2 films of Examples 1 to 3 of the present invention.

도 11을 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2의 MoS2 막은 유사한 패턴을 보여준다. 그러나, 실시예 3은 완전히 다른 패턴을 보여준다. 실시예 3은 실시예 1 및 2와 XRD 패턴에서 2가지 주요 차이점을 보여준다. 첫 번째는, 피크의 너비이고, 두 번째는, 피크의 이동이다.Referring to FIG. 11, the MoS 2 films of Examples 1 and 2 show a similar pattern. However, Example 3 shows a completely different pattern. Example 3 shows two major differences in the XRD patterns with Examples 1 and 2. The first is the width of the peak, and the second is the shift of the peak.

결정자(crystallites)의 크기는 상기 2가지 차이를 가져오는 중요한 요소이다. 실시예 1 및 실시예 2의 MoS2 막 내에서, 결정자의 크기는 수 나노미터의 범위이고, 이는 도 11의 피크를 넓게 하고, 2θ = 24°에서 (004) 방향의 비평면(out-of-plane)을 의미하는 피크를 보여준다.The size of the crystallites is an important factor that brings about the above two differences. In the MoS 2 films of Examples 1 and 2 , the crystallite size was in the range of a few nanometers, which broadened the peak of Fig. 11 and caused the out-of-plane of the (004) direction at 2? = 24 占-plane. < / RTI >

증착 온도가 올라가면, 나노 결정자는 더 큰 그레인(grain)으로 응집되고, 더 MoS2의 수직 막의 형태로 성장한다. 따라서, 실시예 3의 최고 피크는 (002) 평면에 대응되는 2θ = 13.5°로 이동된다.As the deposition temperature increases, the nanocrystallites agglomerate into larger grains and grow further in the form of a vertical film of MoS 2 . Therefore, the highest peak of Example 3 is shifted to 2? = 13.5 ° corresponding to the (002) plane.

1.3°의 낮은 반치폭(FWHM; full width at half maximum)은 실시예 3의 고도의 결정성을 증명한다. 또한, (00l) 평면의 존재는 전이 금속 칼코겐화합물(TMD)에서 좋은 품질의 비평면 텍스쳐를 의미한다.A low full width at half maximum (FWHM) of 1.3 ° demonstrates the high degree of crystallinity of Example 3. In addition, (00 l) the presence of a non-planar plane of good quality in the transition metal chalcogenide (TMD) refers to a texture.

도 12는 본 발명의 실시예 1의 MoS2 막의 표면 형태를 나타낸 FESEM 이미지이고, 도 13은 본 발명의 실시예 2의 MoS2 막의 표면 형태를 나타낸 FESEM 이미지이다. 도 14는 본 발명의 실시예 3의 MoS2 막의 표면 형태를 나타낸 FESEM 이미지이다.FIG. 12 is an FESEM image showing the surface morphology of the MoS 2 film of Example 1 of the present invention, and FIG. 13 is an FESEM image showing the morphology of the MoS 2 film of Example 2 of the present invention. 14 is an FESEM image showing the surface morphology of the MoS 2 film of Example 3 of the present invention.

도 12 내지 도 14를 참조하면, 각각의 온도 레벨에서 MoS2 막은 유니크하고, 구별되는 표면 형태를 보여준다. 실시예 1에서, 그레인 크기는 작고, 수평적인 막이 형성됨을 알 수 있다(도 12). Referring to Figures 12-14, the MoS 2 film at each temperature level shows a unique, distinct surface morphology. In Example 1, the grain size is small and a horizontal film is formed (FIG. 12).

온도가 200℃까지 올라간 실시예 2에서, MoS2 의 수평적인 막은 서로 밀접하게 가득 채워진 MoS2의 수직 구조로 변환된다(도 13). 온도가 400℃까지 더 올라간 실시예 3에서, 막간 거리(interlayer distance)가 증가되어 수직 구조의 밀도가 줄어든 MoS2막을 확인할 수 있다(도 14).The temperature in Example 2 raised to 200 ℃, horizontal film of MoS 2 is converted into a closely filled filled vertical structure of MoS 2 with each other (Fig. 13). In Example 3, in which the temperature further increased to 400 캜, the MoS 2 film in which the interlayer distance was increased and the density of the vertical structure was reduced can be confirmed (Fig. 14).

높은 온도에서의 실시예 2 및 실시예 3은, 수직 성장 MoS2 막의 가장자리 면이 위로 향하도록 균일하게 성장됨을 알 수 있다. 이는 전계 방출 특성을 향상시키는 활성면일 수 있다. 이러한 MoS2 막의 구조적 형태는 상기 XRD 프로파일과 잘 일치된다. 따라서, 이러한 본 발명에서 소개된 방식이 수직 MoS2 막을 증착하는 직접적이고 간단한 방법임을 알 수 있다.It can be seen that Example 2 and Example 3 at a high temperature grow uniformly with the edge face of the vertically grown MoS 2 film facing upward. This may be an active surface for improving field emission characteristics. The structural form of this MoS 2 film is in good agreement with the above XRD profile. Thus, it can be seen that the method introduced in this invention is a straightforward and simple method of depositing a vertical MoS 2 film.

실험예 2Experimental Example 2

온도에 따른 구조적 변화는 광학 특성에서 상당한 효과를 불러온다. 실시예 1 내지 3의 광학 특성을 알아보기 위해서 흡수도를 측정하였다. 도 15는 본 발명의 실시예 1 내지 3의 MoS2 막의 파장에 따른 흡수도를 나타낸 그래프이다.Structural changes with temperature can have a significant effect on optical properties. In order to examine the optical properties of Examples 1 to 3, the degree of absorption was measured. FIG. 15 is a graph showing the absorption of MoS 2 films according to Examples 1 to 3 according to wavelengths of the present invention. FIG.

도 15를 참조하면, 실시예 1 내지 3의 흡수도는 MoS2 막의 증착 온도가 증가할수록 증가한다. 실시예 2의 수직 정렬된 MoS2 막의 밀도는 실시예 3의 수직 정렬된 MoS2 막의 밀도보다 크다. 그럼에도, 380 내지 600nm 범위의 입사광에 대해서 실시예 3의 53.68%에 비해서 실시예 2의 평균 흡수도는 단지 28.47%에 불과하다. 따라서, 흡수도의 향상은 단순히 MoS2 막의 밀도에 의해서 정해지는 것은 아니고, 수직 정렬된 막들의 길이에도 영향을 받는다. 전하 캐리어 또는 포톤의 긴 수직 막을 통한 접합으로의 전송은 매우 빠르게 이루어지기 때문이다. Referring to FIG. 15, the absorbances of Examples 1 to 3 increase as the deposition temperature of the MoS 2 film increases. The density of the vertically aligned MoS 2 film of Example 2 is greater than the density of the vertically aligned MoS 2 film of Example 3. Nevertheless, the average absorbance of Example 2 is only 28.47% compared to 53.68% of Example 3 for incident light in the range of 380-600nm. Thus, the enhancement of the absorption is not only determined by the density of the MoS 2 film, but also by the length of vertically aligned films. The transfer to the junction through the long vertical film of the charge carriers or photons is very fast.

실험예 3Experimental Example 3

실시예 3의 광반응을 조사하기 위해서, 광전류 생성, 응답 시간 및 검출능을 조사하였다. 시간에 따른 광반응은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터에 서로 다른 파장의 빛을 노출시킨 후 측정되었다. 상기 서로 다른 파장의 빛은 각각 블루, 그린 및 레드 컬러에 대응되는 455 nm, 515 nm 및 620 nm의 LED 광일 수 있다. 제로 바이어스 전압에서 광반응은 각각 실시간으로 온/오프되는 LED 조건에서 측정되었다.In order to investigate the photoreaction of Example 3, photocurrent generation, response time, and detectability were examined. The photoreaction with time was measured after exposing light of different wavelengths to the photodetector of Example 3 of the present invention. The lights of different wavelengths may be 455 nm, 515 nm and 620 nm LED light corresponding to blue, green and red colors, respectively. At the zero bias voltage, the photoreaction was measured under the LED conditions, which are turned on and off in real time.

도 16은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 455nm의 파장에서의 광반응을 나타낸 도면이고, 도 17은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 515nm의 파장에서의 광반응을 나타낸 도면이다. 도 18은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 620nm의 파장에서의 광반응을 나타낸 도면이다.FIG. 16 is a diagram showing a photoreaction at a wavelength of 455 nm of a photodetector according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 17 is a diagram showing a photoreaction at a wavelength of 515 nm of a photodetector according to Embodiment 3 of the present invention. 18 is a diagram showing the photoreaction at a wavelength of 620 nm of the photodetector of Example 3 of the present invention.

도 16 내지 도 18을 참조하면, 파장이 620nm일 때, 실시예 3은 130μA의 광전류를 생성하였다. 이는 제로 바이어스에서 매우 높은 값이다. 이는 수직 정렬 MoS2 막의 가장자리 면의 큰 부피에 의한 전하 캐리어의 빠른 전송에 기인한다. 16 to 18, when the wavelength is 620 nm, the photocurrent of 130 μA is generated in the third embodiment. This is a very high value at zero bias. This is due to the rapid transfer of the charge carriers by the large volume of the edge face of the vertically aligned MoS 2 film.

속도 및 지속성은 포토 디텍터의 전체적인 성능을 결정하는 중요한 요소이다. 이에 따라, 광전류 신호의 라이즈 및 폴 타임이 측정되었다.Speed and durability are important factors that determine the overall performance of the photodetector. As a result, the rise and fall times of the photocurrent signal were measured.

도 19는 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 파장에 대한 라이즈 타임 및 폴 타임을 정리한 표이다.19 is a table summarizing a rise time and a fall time with respect to a wavelength of a photodetector according to the third embodiment of the present invention.

라이즈 타임은 포토 디텍터의 광전류 값이 피크 값의 10%에서 90%까지 증가하는 데 걸리는 시간으로 측정되었다. 감쇠 시간(decay time) 또는 폴 타임은 그 반대로 측정되었다(즉, 90%에서 10%로 감소하는 데 걸리는 시간). The rise time was measured as the time taken for the photocurrent value of the photodetector to increase from 10% to 90% of the peak value. The decay time or fall time was measured to the contrary (ie, the time it takes to decrease from 90% to 10%).

도 19를 참조하면, 실시예 3의 포토 디텍터는 입사되는 포톤에 대해서 꾸준하고 빠른 응답을 제공하는 것으로 보여진다. 실시예 3의 포토 디텍터는 455nm 파장 영역에서 38.78 μs의 짧은 시간 내에 63μA의 광전류를 생성하고, 43.07 μs 내에 감소시킨다. 이는 기존의 MoS2 막을 이용한 기술들과 비교하여, 반응속도가 매우 빠른 것이 특징이며, 또한 외부전압(External bias)의 도움이 (또는 인가가) 없이 작동하는 특징을 가진다.Referring to FIG. 19, the photodetector of Embodiment 3 is shown to provide a steady and quick response to incoming photons. The photodetector of Example 3 produces a photocurrent of 63 μA within a short time of 38.78 μs in the 455 nm wavelength region and reduces it within 43.07 μs. This is because the conventional MoS 2 It is characterized by a very high reaction rate as compared with the techniques using a film, and also has a feature of operating without the help of an external bias (or bias).

도 20은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터와 기존의 포토 디텍터와의 특성을 비교한 표이다. 도 20에는 이러한 차이점이 명확하게 드러난다.20 is a table comparing the characteristics of the photodetector of the third embodiment of the present invention with the conventional photodetector. This difference is clearly shown in Fig.

도 21은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 블루 컬러의 입사광에 대해서 빛의 세기에 따른 광전류를 도시한 그래프이고, 도 22는 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 그린 컬러의 입사광에 대해서 빛의 세기에 따른 광전류를 도시한 그래프이다. 도 23은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 레드 컬러의 입사광에 대해서 빛의 세기에 따른 광전류를 도시한 그래프이다.FIG. 21 is a graph showing the photocurrent according to the intensity of light with respect to incident light of blue color of the photodetector according to the third embodiment of the present invention, FIG. 22 is a graph showing the photocurrent according to the green color of the photodetector according to the third embodiment of the present invention FIG. 3 is a graph showing photocurrent according to intensity of light. FIG. 23 is a graph showing photocurrent according to intensity of light with respect to incident light of red color of the photodetector of Example 3 of the present invention.

도 21 내지 도 23을 참조하면, 광전류는 빛의 세기가 증가함에 따라서 선형적으로 증가한다. 도 21 내지 도 23의 그래프는 IpaPθ의 멱 법칙(power law)에 잘 부합한다. 여기서, Ip는 광전류이고, P는 빛의 세기이고, θ는 비례 상수이다. 입사하는 빛의 세기에 따른 광전류의 선형성은 실시예 3의 포토 디텍터의 MoS2 막의 상면이 낮은 결함을 가지는 것을 의미한다.Referring to FIGS. 21 to 23, photocurrent increases linearly as the intensity of light increases. The graphs of Figures 21 to 23 are in good agreement with the power law of I p aP [theta ]. Where Ip is photocurrent, P is intensity of light, and [theta] is a proportional constant. The linearity of the photocurrent according to the intensity of incident light means that the upper surface of the MoS 2 film of the photodetector of Example 3 has a low defect.

도 24는 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 455nm의 파장에서의 응답도 및 검출능을 나타낸 도면이고, 도 25는 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 515nm의 파장에서의 응답도 및 검출능을 나타낸 도면이다. 도 26은 본 발명의 실시예 3의 포토 디텍터의 620nm의 파장에서의 응답도 및 검출능을 나타낸 도면이다.FIG. 24 is a diagram showing the response and detection performance of the photodetector according to the third embodiment of the present invention at a wavelength of 455 nm, FIG. 25 is a graph showing the response of the photodetector according to the third embodiment of the present invention at a wavelength of 515 nm, Fig. 26 is a chart showing the response and detection ability of the photodetector according to the third embodiment of the present invention at a wavelength of 620 nm.

실시예 3의 포토 디텍터의 응답도(R; responsivity) 및 검출능(D*; detectivity)은 도 24 내지 도 26에서 나타난 3개의 대상 파장에 대해서 대해서 빛의 세기에 대한 함수로 계산된다.The responsivity (R) and detectability (D * ) of the photodetector of Example 3 are calculated as a function of light intensity with respect to the three target wavelengths shown in FIGS.

도 24 내지 도 26을 참조하면, 응답도는 특정 파장 영역에서 빛의 세기의 단위 파워당 포토 디텍터에 의해서 생성된 광전류를 나타낸다. 이는 R = Ip/Pin의 관계식에 의해서 측정된다. 여기서, Ip 및 Pin은 각각 광전류 및 입사되는 빛의 세기이다. 실시예 3의 포토 디텍터는 변화되는 입사광의 조건하에서 꾸준한 광전류를 생성한다. 파장이 455nm에서 빛의 세기가 증가하면 응답도는 초기에 증가하고, 이후에 일정한 광전류를 유지한다. 그린 컬러의 입사광의 파워 세기의 범위에서의 안정적인 광전류는 X-레이 분석기에서 중요하다. 파장이 620nm일 때, 응답도는 빛의 세기가 감소함에 따라 증가한다. 파장이 블루 컬러에서 레드 컬러로 증가할 때, 실시예 3의 포토 디텍터의 응답도는 30 mA/W 에서 10 mA/W로 감소한다. Referring to FIGS. 24 to 26, the response chart shows photocurrent generated by the photodetector per unit power of light intensity in a specific wavelength region. This is measured by the relationship of R = I p / P in . Where I p and P in are the photocurrent and the intensity of the incident light, respectively. The photodetector of Example 3 produces a steady photocurrent under the conditions of changing incident light. As the intensity of light increases at 455 nm, the response initially increases and then maintains a constant photocurrent. Stable photocurrent in the range of the power of the incident light of green color is important in the X-ray analyzer. When the wavelength is 620 nm, the response increases as the intensity of light decreases. When the wavelength increases from blue color to red color, the response of the photodetector of Example 3 decreases from 30 mA / W to 10 mA / W.

유사한 현상이 실시예 3의 포토 디텍터의 검출능에서도 발견된다. 검출능은 포토 디텍터의 잡음이 많은 조건하에서 약한 빛 신호를 감지하는 능력을 결정하는 중요한 요소이며, 본 MoS2 소자에서는 D*=R/(2qJd)1/2의 관계식을 통해서 매우 우수한 검출능을 도출하였다. 이는 MoS2 막의 품질이 우수하여, 낮은 Jd (암전류 밀도)값과 높은 응답도를 갖는 것에 기인한다. 이는 D*=R/(2qJd)1/2의 관계식을 통해서 계산된다. 여기서, Jd는 암전류 밀도이다. 상기 관계식에서, 높은 응답도 및 낮은 암전류 밀도는 높은 검출능을 도출한다. A similar phenomenon is also found in the detectability of the photodetector of Example 3. Detection performance is an important factor in determining its ability to detect weak light signal under a noisy condition of the photodetector, the MoS 2 in the device D * = R / (2qJ d ) excellent detection performance through the relational expression of 1/2 Respectively. This is because the quality of the MoS2 film is excellent, and has a low J d (dark current density) value and a high response. This is calculated by the relationship of D * = R / (2qJ d ) 1/2 . Where J d is the dark current density. In the above relationship, a high response degree and a low dark current density result in a high detection capability.

상술한 바와 같이 응답도는 제로 바이어스 전압에서 10 내지 30 mA/W 범위로 변화한다. 나아가, 역 포화 전류에서 일반적으로 측정되는 잡음 레벨은 매우 낮은 3μA로 측정된다. 따라서, 바이어스가 없는 조건에서, 검출능은 109 내지 1010 Jones로 측정되며, 실시예 3에서와 같이 MoS2 포토 디텍터가 매우 미약한 입사 신호에도 민감하게 반응하는 것을 의미한다.As described above, the degree of response varies from 10 to 30 mA / W at the zero bias voltage. Furthermore, the noise level typically measured at the reverse saturation current is measured at a very low 3μA. Therefore, in the absence of bias, the detection capability is measured at 10 9 to 10 10 Jones, which means that the MoS 2 photodetector is sensitive to very weak incident signals as in Example 3.

기존에 보고된 결과들에 있어서, MoS2에 기반한 포토 디텍터들은 동작을 위해 대부분 혹은 종종 외부 바이어스가 요구된다. In previously reported results, photodetectors based on MoS 2 require most or often external bias for operation.

반면에 본 발명은 몇몇 실시예들에서 보인 것과 같이 빠른 반응 및 높은 안정성을 보이는데 이는 1)MoS2 잎들(leaves)의 균일한 수직 성장이 더 많은 수의 광자를 흡수하고, 2)MoS2의 수직구조체 의해서 고속 경로가 제공되는 것에 기인한다. On the other hand, the present invention shows rapid reaction and high stability as shown in some embodiments because 1) the uniform vertical growth of MoS2 leaves absorbs more photons and 2) the vertical structure of MoS2 Speed path is provided.

이상 실험예 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It can be understood that It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

100: 기판 200: 하부 컨택
300: 황화 몰리브덴막 400: 상부 컨택
100: substrate 200: lower contact
300: molybdenum sulfide film 400: upper contact

Claims (19)

기판;
상기 기판 상에 형성되고, 수직 방향으로 성장된 황화 몰리브덴막;
상기 황화 몰리브덴막 상에 형성되는 상부 컨택; 및
상기 기판 아래에 형성되는 하부 컨택을 포함하는 포토 디텍터.
Board;
A molybdenum sulfide film formed on the substrate and grown in a vertical direction;
An upper contact formed on the molybdenum sulfide film; And
And a lower contact formed under the substrate.
제1 항에 있어서,
상기 황화 몰리브덴막은 MoS2를 포함하는 포토 디텍터.
The method according to claim 1,
Wherein the molybdenum sulfide film comprises MoS 2 .
제1 항에 있어서,
상기 기판은 Si을 포함하는 포토 디텍터.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate comprises Si.
제1 항에 있어서,
상기 하부 컨택은 Al 등의 금속을 포함하는 포토 디텍터.
The method according to claim 1,
Wherein the lower contact includes a metal such as Al.
제1 항에 있어서,
상기 상부 컨택은 Al 등의 금속과, 투명 전도층과, 금속 나노선 중 적어도 하나를 포함하는 포토 디텍터.
The method according to claim 1,
Wherein the upper contact includes at least one of a metal such as Al, a transparent conductive layer, and a metal nanowire.
제1 항에 있어서,
상기 황화 몰리브덴막은 상면과 측면을 포함하고,
상기 황화 몰리브덴막은 상기 상면으로 성장하되, 상기 측면으로는 성장하지 않는 포토 디텍터.
The method according to claim 1,
The molybdenum sulfide film includes an upper surface and a side surface,
Wherein the molybdenum sulfide film grows on the top surface but does not grow on the side surface.
제1 항에 있어서,
상기 상부 컨택은 그리드 형태로 형성된 포토 디텍터.
The method according to claim 1,
Wherein the upper contact is formed in a grid shape.
서로 반대되는 제1 및 제2 면을 포함하는 기판을 제공하고,
상기 제2 면 상에 하부 컨택을 형성하고,
상기 제1 면 상에 제1 온도로 황화 몰리브덴막을 증착하고,
상기 황화 몰리브덴막 상에 상부 컨택을 형성하는 것을 포함하는 포토 디텍터 제조 방법.
Providing a substrate comprising opposing first and second surfaces,
Forming a lower contact on the second surface,
Depositing a molybdenum sulfide film on the first surface at a first temperature,
And forming an upper contact on the molybdenum sulfide film.
제8 항에 있어서,
상기 기판은 Si을 포함하는 포토 디텍터 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the substrate comprises Si.
제9 항에 있어서,
상기 기판과 상기 황화 몰리브덴막은 결합하여 정류 접합을 형성하는 포토 디텍터 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the substrate and the molybdenum sulfide film are combined to form a rectilinear junction.
제8 항에 있어서,
상기 제1 온도는 상온(room temperature) 내지 600℃인 포토 디텍터 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the first temperature is from room temperature to 600 ° C.
제8 항에 있어서,
상기 상부 전극 및 상기 하부 전극의 결합을 강화시키는 급속 열처리(rapid thermal process, RTP)를 수행하는 것을 더 포함하는 포토 디텍터 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Further comprising performing a rapid thermal process (RTP) to enhance bonding between the upper electrode and the lower electrode.
제12 항에 있어서,
상기 급속 열처리는 제1 시간 동안 수행되고,
상기 제1 시간은 5분 내지 60분인 포토 디텍터 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the rapid thermal annealing is performed for a first time,
Wherein the first time is from 5 minutes to 60 minutes.
제12 항에 있어서,
상기 급속 열처리의 온도는 100 내지 1000℃인 포토 디텍터 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the temperature of the rapid thermal annealing is 100 to 1000 ° C.
제8 항에 있어서,
상기 황화 몰리브덴막을 증착하는 것은,
상기 황화 몰리브덴막을 수직 방향으로 성장시키는 것을 포함하는 포토 디텍터 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The deposition of the molybdenum sulfide film,
And growing the molybdenum sulfide film in a vertical direction.
제15 항에 있어서,
상기 황화 몰리브덴막은 상기 수직 방향으로 우선 성장하고,
상기 황화 몰리브덴막의 수직 방향의 성장률은 수평 방향의 성장률보다 큰 포토 디텍터 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The molybdenum sulfide film grows preferentially in the vertical direction,
Wherein the growth rate of the molybdenum sulfide film in the vertical direction is larger than the growth rate in the horizontal direction.
제8 항에 있어서,
상기 상부 컨택을 형성하는 것은,
상기 상부 컨택을 그리드 형태로 형성하는 것을 포함하는 포토 디텍터 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Forming the upper contact,
And forming the upper contact in a grid shape.
제8 항에 있어서,
상기 상부 컨택의 수평 면적은 상기 하부 컨택의 수평 면적보다 작은 포토 디텍터 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein a horizontal area of the upper contact is smaller than a horizontal area of the lower contact.
제8 항에 있어서,
상기 황화 몰리브덴막은 MoS2를 포함하는 포토 디텍터 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the molybdenum sulfide film comprises MoS 2 .
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