KR20220010084A - Optical sensor including 2-dimensional insulator - Google Patents

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KR20220010084A
KR20220010084A KR1020200088558A KR20200088558A KR20220010084A KR 20220010084 A KR20220010084 A KR 20220010084A KR 1020200088558 A KR1020200088558 A KR 1020200088558A KR 20200088558 A KR20200088558 A KR 20200088558A KR 20220010084 A KR20220010084 A KR 20220010084A
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Abstract

The present application provides an optical sensor including a substrate, a two-dimensional material semiconductor layer formed on the substrate, a tunneling layer formed on the semiconductor layer, and first and second electrodes respectively disposed on both ends of the upper surface of the tunneling layer. The tunneling layer includes a two-dimensional insulator material containing energy trap defects.

Description

2 차원 절연체를 포함하는 광센서{OPTICAL SENSOR INCLUDING 2-DIMENSIONAL INSULATOR}Optical sensor including two-dimensional insulator {OPTICAL SENSOR INCLUDING 2-DIMENSIONAL INSULATOR}

본원은 2 차원 절연체를 포함하는 광센서에 관한 것이다.The present application relates to an optical sensor comprising a two-dimensional insulator.

최근 모바일 결재 등의 기술이 상용화됨에 따라 보안 기술이 발전하고 있다. 이러한 보안 기술로서 홍채 인식(iris recognition) 등과 같은 생체 인식 기술(biometrics)이 연구되고 있다. Recently, as technologies such as mobile payment have been commercialized, security technologies are developing. As such a security technology, biometrics such as iris recognition are being studied.

현재 상용화된 실리콘 기반의 이미지 센서의 경우, 800 nm 내지 900 nm 파장의 근적외선(NIR; Near-Infrared)에 대한 양자 효율(quantum efficiency)은 약 30% 정도다. 이러한 근적외선 영역의 양자 효율은 가시광 대역의 1/2 내지 1/3 정도 수준이므로, 상기 이미지 센서의 저조도 감도는 떨어지게 된다. 따라서, 저조도 환경에서 상기 이미지 센서로 홍채 인증을 하는 경우에는 상기 이미지 센서의 감도가 낮기 때문에 추가적인 광원이 필요하다. 그러나, 높은 파워의 광원을 사용하게 되면 안구가 손상될 염려가 있다는 문제점이 있다.In the case of a silicon-based image sensor currently commercially available, quantum efficiency for near-infrared (NIR) wavelengths of 800 nm to 900 nm is about 30%. Since the quantum efficiency of the near-infrared region is about 1/2 to 1/3 of that of the visible light band, the low-illuminance sensitivity of the image sensor is deteriorated. Accordingly, when iris authentication is performed with the image sensor in a low light environment, an additional light source is required because the sensitivity of the image sensor is low. However, there is a problem in that there is a risk of damage to the eyeball when a light source of high power is used.

LiDAR, 3D 센서, 저조도 센서의 경우 작은 광신호를 검출해야 하므로 높은 광전변환효율이 요구된다. 기존의 실리콘 기반의 이미지 센서의 경우에는 저조도 감도를 증대시키기 위해서 실리콘 두께를 증가시켜야 하며, 이로 인해 픽셀 사이즈가 커지므로 상기 이미지 센서를 포함하는 카메라의 크기가 커진다는 문제점이 있다.In the case of LiDAR, 3D sensor, and low light sensor, high photoelectric conversion efficiency is required because a small light signal needs to be detected. In the case of the conventional silicon-based image sensor, the thickness of the silicon needs to be increased in order to increase the sensitivity to low light, and thereby, the pixel size increases, and thus there is a problem in that the size of the camera including the image sensor increases.

한편, 혈당 등을 진단하는 센서를 모바일 헬스 기기에 탑재하기 위해서는, 타겟 물질의 포논(phonon)을 적외선 영역(IR)에 맞게 분광기(spectrometer) 없이 검출할 수 있는 광센서가 필요하나, 적외선 영역에서 기존의 광센서는 쿨링 시스템(cooling system)이 필요하여 시스템 부피가 커지므로, 모바일 헬스(mobile health) 기기 등에서는 사용되기 어렵다는 문제점이 있다. On the other hand, in order to mount a sensor for diagnosing blood sugar in a m-health device, an optical sensor capable of detecting a phonon of a target material without a spectrometer in accordance with the infrared region is required, but in the infrared region Since the conventional optical sensor requires a cooling system and thus increases the system volume, there is a problem in that it is difficult to be used in a mobile health device or the like.

이와 관련하여, 2 차원 소재 기반의 차세대 광센서 개발이 주목받고 있으나, 2 차원 기반 광센서의 소자 특성 제어가 매우 어렵다는 문제점이 있다. 종래의 2 차원 소재로 많이 연구되고 있는 그래핀은 거의 모든 파장에 동일하게 반응하여 반응 파장 선택성(selectivity)이 없고, 광효율도 낮아 반응성(responsivity)도 낮다는 문제점이 있다.In this regard, although the development of a next-generation optical sensor based on a two-dimensional material is attracting attention, there is a problem in that it is very difficult to control the device characteristics of the two-dimensional-based optical sensor. Graphene, which has been widely studied as a conventional two-dimensional material, has problems in that it responds equally to almost all wavelengths, so there is no reaction wavelength selectivity, and the light efficiency is low, so the reactivity is also low.

이와 관련하여, 최근에는 단위 두께 대비 빛의 흡수율이 매우 뛰어난 전이금속 디칼케코나이드(Transition Metal Dichalcogenides, TMDC) 물질을 이용한 광소자 개발과 관련하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나 광반응도(photo-responsivity), 암전류(dark current), 반응시간(response time)이 모두 양호한 센서 구조는 극히 제한적이다. 따라서, 광반응도, 암전류 및 반응시간 특성이 개선된 센서가 요구된다.In this regard, in recent years, a lot of research has been done in relation to the development of an optical device using a transition metal dichalcogenides (TMDC) material, which has a very excellent light absorption compared to a unit thickness. However, a sensor structure with good photo-responsivity, dark current, and response time is extremely limited. Accordingly, there is a need for a sensor having improved light reactivity, dark current and response time characteristics.

본원의 배경이 되는 기술인 대한민국 공개특허 제 10-2019-0097981 호는 2 차원 절연체를 포함하는 근적외선 센서에 관한 것으로서, 구체적으로 기판 상의 2 차원 물질 반도체층과, 상기 2 차원 물질 반도체층 상의 터널링층과, 상기 터널링층의 상면 양단에 각각 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하고, 상기 반도체층은 대략 10 nm 내지 100 nm 두께를 가진 전이금속 디칼코게나이드이고, 상기 터널링층과 상기 기판은 hBN 물질로 이루어진 근적외선 센서에 관한 것이다. 그러나, 상기 특허는 터널링층(130)의 밴드갭 내부에 결함 상태(defect states)가 매우 적어 암전류가 거의 발생하지 않고, 에너지 트랩 결함을 포함하는 2 차원 절연체 물질을 포함하는 광센서에 대해서는 언급하지 않고 있다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0097981, which is the background technology of the present application, relates to a near-infrared sensor including a two-dimensional insulator, and specifically, a two-dimensional material semiconductor layer on a substrate, a tunneling layer on the two-dimensional material semiconductor layer, and , a first electrode and a second electrode respectively disposed on both ends of an upper surface of the tunneling layer, wherein the semiconductor layer is a transition metal dichalcogenide having a thickness of approximately 10 nm to 100 nm, and the tunneling layer and the substrate are hBN It relates to a near-infrared sensor made of a material. However, the patent does not mention a photosensor including a two-dimensional insulator material including an energy trap defect and hardly generates a dark current because there are very few defect states inside the bandgap of the tunneling layer 130. is not

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 2 차원 절연체를 포함하는 광센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present application is to solve the problems of the prior art, and an object of the present application is to provide an optical sensor including a two-dimensional insulator.

또한, 본원은 상기 광센서를 포함하는 광전소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present application is to provide an optoelectronic device including the photosensor.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 기판, 상기 기판 상에 형성된 2 차원 물질 반도체층, 상기 반도체층 상에 형성된 터널링층 및 상기 터널링층의 상면 양단에 각각 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 광센서에 있어서, 상기 터널링층은 에너지 트랩 결함을 포함하는 2 차원 절연체 물질을 포함하는 것인 광센서를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application is disposed on both ends of a substrate, a two-dimensional material semiconductor layer formed on the substrate, a tunneling layer formed on the semiconductor layer, and an upper surface of the tunneling layer, respectively In the photosensor including a first electrode and a second electrode, the tunneling layer provides a photosensor comprising a two-dimensional insulator material containing energy trap defects.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광센서는 상기 에너지 트랩 결함에 정공 또는 전하를 가두어 광게이팅 현상을 선택적으로 발현시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the photosensor may selectively express a photogating phenomenon by confining holes or charges in the energy trap defect, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광센서는 게이트 전압에 따라 양의 광전류와 음의 광전류를 선택적으로 제어하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the photosensor may selectively control a positive photocurrent and a negative photocurrent according to a gate voltage, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기판은 SiO2/Si, hBN, PET(polyethylene terephthalate), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the substrate may include a material selected from the group consisting of SiO 2 /Si, hBN, polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), and combinations thereof. However, the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반도체층은 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the semiconductor layer may include a transition metal dichalcogenide, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전이금속 디칼코게나이드는 MoTe2, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, WTe2, ZrS2, ZrSe2, HfS2, HfSe2, NbSe2, ReSe2, CuS 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the transition metal dichalcogenide is MoTe 2 , MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 , ZrS 2 , ZrSe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , NbSe 2 , ReSe 2 , CuS, and may include one selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반도체층은 10 nm 내지 100 nm 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the semiconductor layer may have a thickness of 10 nm to 100 nm, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 2 차원 절연체 물질은 헥사고날 보론 나이트라이드(hBN), 알루미나, 하프늄 옥사이드 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the two-dimensional insulator material may include one selected from the group consisting of hexagonal boron nitride (hBN), alumina, hafnium oxide, and combinations thereof, but is not limited thereto. .

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반도체층 상면에 형성된 나노 입자를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, it may further include nanoparticles formed on the upper surface of the semiconductor layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 터널링층의 상면에 형성된 나노 입자를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, it may further include nanoparticles formed on the upper surface of the tunneling layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 입자는 SiO2, SiNx 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함 하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the nanoparticles may include one selected from the group consisting of SiO 2 , SiN x and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 일반 금속 또는 투명한 도전성 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the first electrode and the second electrode may include a general metal or a transparent conductive oxide, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일반 금속은 Au, Al, Cu, Ti, Pt, Ag, Cr 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the general metal may include, but is not limited to, one selected from the group consisting of Au, Al, Cu, Ti, Pt, Ag, Cr, and combinations thereof.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명한 도전성 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO, SnO2, ATO(antimony-doped tin oxide), AZO(Al-doped zinc oxide), GZO(gallium-doped zinc oxide), TiO2, FTO(fluorine-doped tin oxide) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the transparent conductive oxide includes indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), ZnO, SnO 2 , antimony-doped tin oxide (ATO), Al-doped zinc oxide (AZO), It may include one selected from the group consisting of gallium-doped zinc oxide (GZO), TiO 2 , fluorine-doped tin oxide (FTO), and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 광센서를 포함하는 광전소자를 제공한다.A second aspect of the present application provides an optoelectronic device including the photosensor according to the first aspect of the present application.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 2 차원 절연체를 포함하는 광센서는 광게이팅 현상만을 선택적으로 발현시킴으로써 광전류의 극성제어가 가능한 새로운 광센서를 제공할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, the optical sensor including the two-dimensional insulator according to the present application can provide a new optical sensor capable of controlling the polarity of the photocurrent by selectively expressing only the photogating phenomenon.

종래의 광센서 동작에는 광전도성, 볼로미터 효과(bolometric effect), 포토게이팅 효과(photogating ettect) 등 많은 광전류 발생 메커니즘이 복잡하게 존재하며, 빛을 조사하면 전류가 증가하는 기능만 활용되었다는 한계점이 있었으나, 본원에 따른 2 차원 절연체를 포함하는 광센서는 에너지 트랩 결함을 포함하는 2 차원 절연체 물질을 포함하는 터널링층을 사용함으로써, 상기 에너지 트랩 결함에 정공 또는 전하를 가두어 광게이팅 현상을 선택적으로 발현시킨다. 따라서 기존 광센서 동작 방식의 한계점을 넘어선, 게이트 전압에 따라 양의 광전류와 음의 광전류를 선택적으로 제어할 수 있는 광센서를 제공할 수 있다. In the conventional photosensor operation, many photocurrent generating mechanisms such as photoconductivity, bolometric effect, and photogating effect exist in a complex manner, and there is a limitation in that only the function of increasing the current when irradiated with light is utilized. The photosensor including a two-dimensional insulator according to the present application uses a tunneling layer including a two-dimensional insulator material including an energy trap defect, thereby confining holes or charges in the energy trap defect to selectively express a photogating phenomenon. Therefore, it is possible to provide an optical sensor capable of selectively controlling a positive photocurrent and a negative photocurrent according to a gate voltage, which is beyond the limit of the existing optical sensor operation method.

또한, 에너지 트랩 결함을 포함하는 2 차원 절연체 물질을 포함하는 터널링층을 전극 및 반도체층 사이의 터널링 장벽으로 이용함으로써, 암전류(dark current)를 낮출 수 있어, 약한 빛도 측정할 수 있는 광반응도가 향상된 광센서를 제공할 수 있다.In addition, by using a tunneling layer containing a two-dimensional insulator material containing an energy trap defect as a tunneling barrier between the electrode and the semiconductor layer, the dark current can be lowered, and the photoreactivity that can measure even weak light is improved. An improved optical sensor may be provided.

또한, 광흡수량이 증가된 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 반도체층을 이용함으로써 광반응도가 향상될 수 있고, 근적외선 영역의 빛까지도 감지할 수 있는 넓은 범위의 광센서를 제공할 수 있다.In addition, by using a semiconductor layer containing a transition metal dichalcogenide having an increased light absorption, the photoreactivity can be improved, and a wide range of optical sensors capable of detecting even light in the near-infrared region can be provided.

또한, 종래의 포토게이팅 현상을 이용하는 경우, 높은 광응답도를 가질 수 있지만, 에너지 트랩에 가둬진 전자 또는 정공에 의해 매개되는 현상이므로 스위칭 시간이 매우 느리다는 한계점이 있었으나, 본원에 따른 2 차원 절연체를 포함하는 광센서는 hBN 내의 에너지 트랩 결함에 의해 반도체 채널 물질의 에너지 밴드 밴딩 방향을 변화시켜 광전자의 이동을 조절함으로써, 전자 이동도(mobility)를 이용한 빠른 스위칭이 가능하다. 따라서, 높은 광응답도와 함께 빠른 스위칭 시간을 구현할 수 있는 광센서를 제공할 수 있다.In addition, when using the conventional photogating phenomenon, it can have high photoresponse, but there is a limitation in that the switching time is very slow because it is a phenomenon mediated by electrons or holes trapped in an energy trap. The photosensor including: by changing the energy band bending direction of the semiconductor channel material by an energy trap defect in hBN to control the movement of photoelectrons, it is possible to quickly switch using electron mobility (mobility). Accordingly, it is possible to provide an optical sensor capable of realizing a fast switching time with high photoresponse.

또한, 본원에 따른 광전소자는 비교적 얇은 반도체층을 사용하는 광센서를 포함하므로, 소형화가 가능한 장점이 있다.In addition, since the photoelectric device according to the present application includes a photosensor using a relatively thin semiconductor layer, there is an advantage in miniaturization.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 광센서의 모식도이다.
도 2 는 본원의 일 실시예에 따른 광센서의 작동 원리를 나타낸 모식도이다.
도 3 은 본원의 구현예에 따른 광센서의 광전류 극성 제어 원리를 나타낸 모식도이다.
도 4 는 본원의 일 실시예에 따른 나노 입자를 증착시킨 광센서의 모식도이다.
도 5 는 본원의 실시예에 따른 광센서의 광응답도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6 은 본원의 실시예에 따른 광센서의 스위칭 타임(switching time)을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7 은 본원의 실시예에 따른 광센서의 전류-게이팅 전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 8 은 본원의 실시예에 따른 광센서의 다양한 파장에서의 전류-게이팅 전압 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 9 는 본원의 실시예에 따른 광센서의 광전류-게이트 바이어스(Gate bias) 곡선을 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram of an optical sensor according to an embodiment of the present application.
2 is a schematic diagram illustrating an operating principle of an optical sensor according to an embodiment of the present application.
3 is a schematic diagram illustrating a photocurrent polarity control principle of a photosensor according to an embodiment of the present application.
4 is a schematic diagram of a photosensor in which nanoparticles are deposited according to an embodiment of the present application.
5 is a graph showing a result of measuring the photoresponse of the photosensor according to the embodiment of the present application.
6 is a graph showing a result of measuring a switching time of an optical sensor according to an embodiment of the present application.
7 is a graph showing a current-gating voltage curve of the photosensor according to an embodiment of the present application.
8 is a graph showing a current-gating voltage curve at various wavelengths of the photosensor according to an embodiment of the present application.
9 is a graph showing a photocurrent-gate bias curve of the photosensor according to an embodiment of the present application.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily carry out. However, the present application may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is positioned “on”, “on”, “on”, “on”, “under”, “under”, or “under” another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used in a sense at or close to the numerical value when the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid in the understanding of the present application. It is used to prevent an unconscionable infringer from using the mentioned disclosure in an unreasonable way. Also, throughout this specification, "step to" or "step to" does not mean "step for".

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination of these" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It is meant to include one or more selected from the group consisting of.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.Throughout this specification, reference to “A and/or B” means “A, B, or A and B”.

이하, 본원의 2 차원 절연체를 포함하는 광센서에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the optical sensor including the two-dimensional insulator of the present application will be described in detail with reference to embodiments, examples, and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 기판(110), 상기 기판(110) 상에 형성된 2 차원 물질 반도체층(120), 상기 반도체층(120) 상에 형성된 터널링층(130) 및 상기 터널링층(130)의 상면 양단에 각각 배치된 제 1 전극(141) 및 제 2 전극(142)을 포함하는 광센서(100)에 있어서, 상기 터널링층(130)은 에너지 트랩 결함을 포함하는 2 차원 절연체 물질을 포함하는 것인 광센서(100)를 제공한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the first aspect of the present application is a substrate 110 , a two-dimensional material semiconductor layer 120 formed on the substrate 110 , and formed on the semiconductor layer 120 . In the optical sensor 100 including a tunneling layer 130 and a first electrode 141 and a second electrode 142 respectively disposed on both ends of the upper surface of the tunneling layer 130, the tunneling layer 130 is Provided is a photosensor 100 comprising a two-dimensional insulator material containing energy trap defects.

에너지 트랩 결함은 물질 합성 또는 소자 공정 중 물질 내에 발생할 수 있는 결함으로서, 이러한 결함은 특정 에너지 레벨에 위치하여 양전하 및/또는 음전하를 가둘 수 있다. 상기 에너지 트랩 결함은 국소적으로 다른 에너지 레벨 상태에 존재할 수 있으며, 이는 국소적인(local) 게이트 역할을 할 수 있다. 따라서, 상기 에너지 트랩 결함을 이용하면 채널 반도체 물질에 전하 유도를 통해 물질의 저항을 효과적으로 조절해 광전류 특성을 조절할 수 있는 장점이 있다.Energy trap defects are defects that can occur in materials during material synthesis or device processing. These defects can be located at specific energy levels to trap positive and/or negative charges. The energy trap defects may exist in different energy level states locally, which may serve as a local gate. Therefore, there is an advantage in that the photocurrent characteristics can be controlled by effectively controlling the resistance of the material through charge induction in the channel semiconductor material by using the energy trap defect.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 광센서(100)의 모식도이고, 도 2 는 본원의 일 실시예에 따른 광센서(100)의 작동 원리를 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram of an optical sensor 100 according to an embodiment of the present application, and FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an operating principle of the optical sensor 100 according to an embodiment of the present application.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광센서(100)는 상기 에너지 트랩 결함에 정공 또는 전하를 가두어 광게이팅 현상을 선택적으로 발현시키는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the photosensor 100 may selectively express a photogating phenomenon by confining holes or electric charges in the energy trap defect, but is not limited thereto.

종래의 광센서 동작에는 광전도성, 볼로미터 효과(bolometric effect), 포토게이팅 (photogating)효과 등 많은 광전류 발생 메커니즘이 복잡하게 존재하며, 빛을 조사하면 전류가 증가하는 기능만 활용되었다는 한계점이 있다.In the conventional photosensor operation, many photocurrent generating mechanisms such as photoconductivity, bolometric effect, and photogating effect exist in a complex manner, and there is a limitation in that only the function of increasing the current when irradiated with light is utilized.

후술하겠지만, 본원에 따른 2 차원 절연체를 포함하는 광센서(100)는 에너지 트랩 결함을 포함하는 2 차원 절연체 물질을 포함하는 터널링층(130)을 사용함으로써, 상기 에너지 트랩 결함에 정공 또는 전하를 가두어 광게이팅 현상만을 선택적으로 발현시킨다. 따라서 기존 광센서 동작 방식의 한계점을 넘어선, 광전류의 극성제어가 가능한 새로운 광센서(100)를 제공할 수 있다.As will be described later, the photosensor 100 including a two-dimensional insulator according to the present application uses a tunneling layer 130 including a two-dimensional insulator material including an energy trap defect, thereby trapping holes or charges in the energy trap defect. Only the photogating phenomenon is selectively expressed. Therefore, it is possible to provide a new optical sensor 100 capable of controlling the polarity of a photocurrent that exceeds the limit of the existing optical sensor operation method.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 광센서(100)는 게이트 전압에 따라 양의 광전류와 음의 광전류를 선택적으로 제어하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the photosensor 100 may selectively control a positive photocurrent and a negative photocurrent according to a gate voltage, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기판(110)은 SiO2/Si, hBN, PET(polyethylene terephthalate), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the substrate 110 is SiO 2 /Si, hBN, PET (polyethylene terephthalate), polydimethylsiloxane (polydimethylsiloxane, PDMS), and to include one selected from the group consisting of combinations thereof However, the present invention is not limited thereto.

예를 들어, 상기 기판(110)은 SiO2/Si 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the substrate 110 may be SiO 2 /Si, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반도체층(120)은 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the semiconductor layer 120 may include a transition metal dichalcogenide, but is not limited thereto.

도 1을 참조하면, 제 1 전극(141) 및 제 2 전극(142) 사이의 터널링층(130) 위로 광이 조사될 수 있다. 2차원 물질 반도체층(120)은 약 800 nm 내지 900 nm 파장대의 근적외선을 받으면 캐리어를 생성한다. 2 차원 물질 반도체층(120)은 상기 캐리어의 통로인 채널이 된다. 2 차원 물질 반도체층(120)은 광을 받아서 전기적인 신호로 변환시키는 층이다.Referring to FIG. 1 , light may be irradiated onto the tunneling layer 130 between the first electrode 141 and the second electrode 142 . The two-dimensional material semiconductor layer 120 generates carriers when it receives near-infrared rays in a wavelength range of about 800 nm to 900 nm. The two-dimensional material semiconductor layer 120 serves as a channel for the carrier. The two-dimensional material semiconductor layer 120 is a layer that receives light and converts it into an electrical signal.

본원에 따른 2 차원 절연체를 포함하는 광센서(100)는 광흡수량이 증가된 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 반도체층(120)을 이용함으로써 광반응도가 향상될 수 있다. 또한, 상기 전이금속 디칼코게나이드는 근적외선을 잘 흡수할 수 있는 약 1 eV 의 밴드갭을 가짐으로써, 가시광선 영역의 빛부터 근적외선 영역의 빛까지도 감지할 수 있는 넓은 범위의 광센서(100)를 제공할 수 있다.In the photosensor 100 including the two-dimensional insulator according to the present application, the photoreactivity may be improved by using the semiconductor layer 120 including the transition metal dichalcogenide having an increased light absorption. In addition, the transition metal dichalcogenide has a band gap of about 1 eV that can absorb near-infrared well, so that it can detect even light in the visible region to the light in the near-infrared region. can provide

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전이금속 디칼코게나이드는 MoTe2, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, WTe2, ZrS2, ZrSe2, HfS2, HfSe2, NbSe2, ReSe2, CuS 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the transition metal dichalcogenide is MoTe 2 , MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 , ZrS 2 , ZrSe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , NbSe 2 , ReSe 2 , CuS, and may include one selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.

바람직하게는, 상기 전이금속 디칼코게나이드는 MoTe2 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the transition metal dichalcogenide may be MoTe 2 , but is not limited thereto.

대표적인 2차원 반도체 물질인 MoTe2 는 근적외선을 잘 흡수할 수 있는 약 0.9 eV 의 밴드갭 에너지를 가진다. 따라서, 본원에 따른 2 차원 절연체를 포함하는 광센서(100)는 가시광선 영역의 빛부터 근적외선 영역의 빛까지도 감지할 수 있다. MoTe 2, which is a representative two-dimensional semiconductor material, has a bandgap energy of about 0.9 eV that can absorb near infrared rays well. Accordingly, the photosensor 100 including the two-dimensional insulator according to the present disclosure may detect light in the visible region to light in the near-infrared region.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반도체층(120)은 약 10 nm 내지 약 100 nm 두께를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the semiconductor layer 120 may have a thickness of about 10 nm to about 100 nm, but is not limited thereto.

2차원 물질 반도체층(120)의 두께가 약 10 nm 보다 얇으면 광흡수량이 적으므로, 이러한 2 차원 물질 반도체층(120)을 포함하는 광센서(100)는 센서로서의 역할을 수행하기가 어렵다. 2 차원 물질 반도체층(120)의 두께가 약 100 nm 보다 두꺼우면 센서의 크기가 커져서 소형 광센서(100)로 이용될 수 없다.If the thickness of the two-dimensional material semiconductor layer 120 is thinner than about 10 nm, the amount of light absorption is small, so it is difficult for the optical sensor 100 including the two-dimensional material semiconductor layer 120 to act as a sensor. If the thickness of the two-dimensional material semiconductor layer 120 is greater than about 100 nm, the size of the sensor increases, and thus it cannot be used as the small photosensor 100 .

예를 들어, 상기 반도체층(120)은 약 20 nm 내지 약 50 nm 두께를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the semiconductor layer 120 may have a thickness of about 20 nm to about 50 nm, but is not limited thereto.

LiDAR, 3D 센서, 저조도 센서의 경우 작은 광신호를 검출해야 하므로 높은 광전변환효율이 요구된다. 종래의 실리콘 기반의 이미지 센서의 경우에는 저조도 감도를 증대시키기 위해서 실리콘 두께를 증가시켜야 하며, 이로 인해 픽셀 사이즈가 커지므로 상기 이미지 센서를 포함하는 카메라의 크기가 커진다는 문제점이 있다.In the case of LiDAR, 3D sensor, and low light sensor, high photoelectric conversion efficiency is required because a small light signal needs to be detected. In the case of the conventional silicon-based image sensor, the thickness of the silicon needs to be increased in order to increase the sensitivity to low light, and thereby, the pixel size increases, so there is a problem in that the size of the camera including the image sensor increases.

또한, 혈당 등을 진단하는 센서를 모바일 헬스 기기에 탑재하기 위해서는, 타겟 물질의 포논(phonon)을 적외선 영역(IR)에 맞게 분광기(spectrometer) 없이 검출할 수 있는 광센서가 필요하나, 종래의 적외선 영역 광센서는 쿨링 시스템(cooling system)이 필요하여 시스템 부피가 커지므로, 모바일 헬스(mobile health) 기기 등에서는 사용되기 어렵다는 문제점이 있다.In addition, in order to mount a sensor for diagnosing blood sugar, etc. in a mobile health device, an optical sensor capable of detecting a phonon of a target material without a spectrometer in accordance with the infrared region (IR) is required. Since the area optical sensor requires a cooling system and thus increases the system volume, there is a problem in that it is difficult to be used in a mobile health device or the like.

본원에 따른 2 차원 절연체를 포함하는 광센서(100)는 비교적 얇은 반도체층(120)을 사용함으로써, 소형 광센서(100)로 활용될 수 있는 장점이 있다.The photosensor 100 including a two-dimensional insulator according to the present application has an advantage that can be utilized as a small photosensor 100 by using a relatively thin semiconductor layer 120 .

본원에 따른 2 차원 절연체를 포함하는 광센서(100)는 에너지 트랩 결함을 포함하는 2 차원 절연체 물질을 포함하는 터널링층(130)을 사용함으로써, 상기 에너지 트랩 결함에 정공 또는 전하를 가두어 광게이팅 현상만을 선택적으로 발현시킨다. 따라서 기존 광센서 동작 방식의 한계점을 넘어선, 광전류의 극성제어가 가능한 새로운 광센서(100)를 제공할 수 있다.The photosensor 100 including a two-dimensional insulator according to the present application uses a tunneling layer 130 including a two-dimensional insulator material including an energy trap defect, thereby confining holes or charges in the energy trap defect to form a photogating phenomenon. only selectively expressed. Therefore, it is possible to provide a new optical sensor 100 capable of controlling the polarity of a photocurrent that exceeds the limit of the existing optical sensor operation method.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 2 차원 절연체 물질은 헥사고날 보론 나이트라이드(hBN), 알루미나, 하프늄 옥사이드 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the two-dimensional insulator material may include one selected from the group consisting of hexagonal boron nitride (hBN), alumina, hafnium oxide, and combinations thereof, but is not limited thereto. .

바람직하게는, 상기 2 차원 절연체 물질은 hBN 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. hBN 은 이상적인 2차원 절연체 물질로서, 안정성이 뛰어나고 대면적 확대 기술을 적용할 수 있는 장점이 있다. Preferably, the two-dimensional insulator material may be hBN, but is not limited thereto. hBN is an ideal two-dimensional insulator material, has excellent stability and can apply large-area expansion technology.

상기 터널링층(130)이 hBN 으로 형성된 경우, 전극의 접촉 저항 증가를 통해 전자-정공으로 이루어진 엑시톤에 의한 전류 증가를 억제시킬 수 있다. 즉, hBN 터널링층(130)은 밴드갭 내부에 결함 상태(defect states)를 가짐으로써, 엑시톤에 의한 광전도성을 억제시킬 수 있다.When the tunneling layer 130 is formed of hBN, an increase in current caused by excitons composed of electron-holes can be suppressed by increasing the contact resistance of the electrode. That is, the hBN tunneling layer 130 may have defect states inside the bandgap, thereby suppressing photoconductivity due to excitons.

구체적으로, hBN 에 존재하는 얕은 에너지 트랩(shallow trap) 결함에 정공 또는 전하를 가둘 수 있고, 트랩된 정공 또는 전하는 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 반도체층(120)의 전도도를 바꾸기에 충분한 양의 전자를 유도할 수 있다.Specifically, it is possible to trap holes or charges in a shallow energy trap defect present in hBN, and the trapped holes or charges are sufficient to change the conductivity of the semiconductor layer 120 including the transition metal dichalcogenide. electrons can be induced.

도 3 은 본원의 구현예에 따른 광센서(100)의 광전류 극성 제어 원리를 나타낸 모식도이다. 3 is a schematic diagram illustrating a photocurrent polarity control principle of the photosensor 100 according to an embodiment of the present application.

도 3 을 참조하면, 본래 표면을 향해 위로 구부러져 있는 MoTe2 를 양전하 결함을 포함하는 hBN 으로 덮음으로써, 밴딩 방향을 아래로 구부러지는 방향으로 바꿔준다. 이는 hBN 의 양전하 결함이 MoTe2 의 표면으로 전자를 유도하여 전기장의 방향이 조절되기 때문이다. 상기 전자 유도로 인해 dark 상태에서 MoTe2 의 밴딩 방향은 위에서 아래로 변하게 된다. 이는, 표면 MoTe2 의 전자 에너지 레벨이 가장 낮음을 의미한다.Referring to FIG. 3 , the bending direction is changed to the downward bending direction by covering the MoTe 2 that is originally bent upward toward the surface with hBN containing positive charge defects. This is because the positive charge defect of hBN induces electrons to the surface of MoTe 2 to control the direction of the electric field. Due to the electromagnetic induction, the bending direction of MoTe 2 in the dark state changes from top to bottom. This means that the electron energy level of the surface MoTe 2 is the lowest.

이 때, 빛을 쬐어 주면 MoTe2 내에 광전자-홀 쌍(electron hole pairs)이 생성되고, MoTe2 의 가장 위쪽 층으로 광전자는 이동하게 된다. 이는 광전자가 가장 낮은 에너지 레벨로 이동함을 의미한다. 이로 인해 MoTe2 의 가장 위쪽 층은 전자가 매우 많이 몰리게 되고, 이로 인해 hBN 내의 양전하가 완벽하게 가려짐으로써, MoTe2 내의 전기장이 사라진다. 따라서, 광전도성은 억제하고 광게이팅만 선택적으로 일어날 수 있게 된다.즉, 트랩된 정공 또는 전하에 의해 전자를 유도하고, 상기 전이금속 디칼코게나이드의 강한 밴드 휘어짐을 유도하며, 엑시톤에 의한 광전도성은 낮추는 선택적 광게이팅 현상을 발현시킬 수 있다. At this time, the main surface broiling light in the optoelectronic MoTe 2 - hole pairs (electron hole pairs) are generated, with the top layer of the optoelectronic MoTe 2 is moved. This means that the photoelectrons move to the lowest energy level. Due to this , the uppermost layer of MoTe 2 is very crowded with electrons, which completely hides the positive charge in hBN, so that the electric field in MoTe 2 disappears. Therefore, photoconductivity is suppressed and only photogating can occur selectively. That is, electrons are induced by trapped holes or charges, strong band bending of the transition metal dichalcogenide is induced, and photoconductivity by excitons is induced. can develop a lowering selective photogating phenomenon.

따라서, 본원에 따른 2 차원 절연체를 포함하는 광센서(100)는 선택적 광게이팅 제어를 통해 광전류의 극성을 제어할 수 있으므로, 게이팅 전압에 따라 양의 광전류 또는 음의 광전류를 얻는 선택소자 역할을 할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the photosensor 100 including the two-dimensional insulator according to the present application can control the polarity of the photocurrent through selective photogating control, so it can serve as a selection element to obtain a positive photocurrent or a negative photocurrent according to the gating voltage. There are advantages that can be

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 반도체층 상면에 형성된 나노 입자를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, it may further include nanoparticles formed on the upper surface of the semiconductor layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 터널링층의 상면에 형성된 나노 입자를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, it may further include nanoparticles formed on the upper surface of the tunneling layer, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 나노 입자는 SiO2, SiNx 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the nanoparticles may include, but are not limited to, those selected from the group consisting of SiO 2 , SiN x and combinations thereof.

도 4 는 본원의 일 실시예에 따른 나노 입자를 증착시킨 광센서(100)의 모식도이다.4 is a schematic diagram of the photosensor 100 in which nanoparticles are deposited according to an embodiment of the present application.

양전하 역할을 하는 SiO2, SiNx 나노 입자 또는 박막 등을 상기 반도체층(120) 위에 위치시킬 경우 양전하에 의해 MoTe2 의 밴드 방향을 아래로 향하게 바꿔줄 수 있다. 이로 인해 광게이팅 현상만 선택적으로 발현할 수 있다. When SiO 2 , SiN x nanoparticles, or a thin film, etc. serving as a positive charge are placed on the semiconductor layer 120 , the direction of the band of MoTe 2 may be changed downward by the positive charge. Due to this, only the photogating phenomenon can be selectively expressed.

도 4 의 (A) 의 경우, 도 4 의 (B) 와 비교하여 SiO2, SiNx 나노 입자 또는 박막이 MoTe2 와 비교적 먼 위치에 존재하므로, MoTe2 의 밴드 방향을 더 작은 크기로 변화시킬 수 있다. 거리가 멀어질수록 전기장의 세기는 작아지기 때문에 MoTe2 층 내부의 전자 유도량이 작아지기 때문이다.In the case of (A) of Fig. 4, as compared with the 4 (B) is SiO 2, SiN x nanoparticles or thin film exist at a relatively distant position as MoTe 2, to change the direction of the band MoTe 2 to a smaller size can This is because as the distance increases, the strength of the electric field decreases, so the amount of electron induction inside the MoTe 2 layer decreases.

또한, 본원에 따른 2 차원 절연체를 포함하는 광센서(100)는, 에너지 트랩 결함을 포함하는 2 차원 절연체 물질을 포함하는 터널링층(130)을 전극 및 반도체층(120) 사이의 터널링 장벽으로 이용함으로써, 암전류(dark current)를 낮출 수 있어, 약한 빛도 측정할 수 있는 광반응도가 향상된 광센서(100)를 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, the photosensor 100 including the two-dimensional insulator according to the present application uses the tunneling layer 130 including the two-dimensional insulator material including the energy trap defect as a tunneling barrier between the electrode and the semiconductor layer 120 . By doing so, there is an advantage in that it is possible to lower a dark current and provide the photosensor 100 with improved photoreactivity capable of measuring even weak light.

또한, 종래의 포토게이팅 현상을 이용하는 경우, 높은 광응답도를 가질 수 있지만, 에너지 트랩에 가둬진 전자 또는 정공에 의해 매개되는 현상이므로 스위칭 시간이 매우 느리다는 한계점이 있었으나, 본원에 따른 2 차원 절연체를 포함하는 광센서는 hBN 내의 에너지 트랩 결함에 의해 반도체 채널 물질의 에너지 밴드 밴딩 방향을 변화시켜 광전자의 이동을 조절함으로써, 전자 이동도(mobility)를 이용한 빠른 스위칭이 가능하다. 따라서, 높은 광응답도와 함께 빠른 스위칭 시간을 구현할 수 있는 광센서를 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, when using the conventional photogating phenomenon, it can have high photoresponse, but there is a limitation in that the switching time is very slow because it is a phenomenon mediated by electrons or holes trapped in an energy trap. The photosensor including: by changing the energy band bending direction of the semiconductor channel material by an energy trap defect in hBN to control the movement of photoelectrons, it is possible to quickly switch using electron mobility (mobility). Accordingly, there is an advantage in that it is possible to provide an optical sensor capable of implementing a fast switching time with high photoresponse.

상기 터널링층(130)의 두께는 약 1 nm 내지 50 nm 일 수 있다. 터널링층(130)의 두께가 약 1 nm 보다 얇으면 암전류가 증가할 수 있다. 터널링층(130)의 두께가 약 50 nm 보다 두꺼우면 터널링 전류가 작아서 광의 검출 감도가 감소될 수 있다.The thickness of the tunneling layer 130 may be about 1 nm to 50 nm. When the thickness of the tunneling layer 130 is less than about 1 nm, the dark current may increase. When the thickness of the tunneling layer 130 is greater than about 50 nm, the tunneling current is small, so that the detection sensitivity of light may be reduced.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 전극(141) 및 상기 제 2 전극(142)은 일반 금속 또는 투명한 도전성 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the first electrode 141 and the second electrode 142 may include a general metal or a transparent conductive oxide, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 일반 금속은 Au, Al, Cu, Ti, Pt, Ag, Cr 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the general metal may include, but is not limited to, one selected from the group consisting of Au, Al, Cu, Ti, Pt, Ag, Cr, and combinations thereof.

바람직하게는, 상기 일반 금속은 Au 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the general metal may be Au, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 투명한 도전성 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO, SnO2, ATO(antimony-doped tin oxide), AZO(Al-doped zinc oxide), GZO(gallium-doped zinc oxide), TiO2, FTO(fluorine-doped tin oxide) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to the exemplary embodiment of the present application, the transparent conductive oxide includes indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), ZnO, SnO 2 , antimony-doped tin oxide (ATO), Al-doped zinc oxide (AZO), It may include one selected from the group consisting of gallium-doped zinc oxide (GZO), TiO 2 , fluorine-doped tin oxide (FTO), and combinations thereof, but is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 광센서(100)를 포함하는 광전소자를 제공한다.A second aspect of the present application provides an optoelectronic device including the photosensor 100 according to the first aspect of the present application.

본원의 제 2 측면의 상기 광전소자에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the optoelectronic device of the second aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with the first aspect of the present application are omitted, but even if the description is omitted, the contents described in the first aspect of the present application are in the second aspect of the present application The same can be applied.

본원에 따른 광전소자는 비교적 얇은 반도체층(120)을 사용하는 광센서(100)를 포함하므로, 소형화가 가능한 장점이 있다.Since the photoelectric device according to the present application includes the photosensor 100 using a relatively thin semiconductor layer 120, there is an advantage in that it can be miniaturized.

[실시예] [Example]

SiO2/Si 를 기판으로 사용하여, 상기 기판 상에 7 nm 두께의 MoTe2 를 2 차원 물질 반도체층으로 형성하였다. 이어서, 상기 반도체층 상에 7 nm 두께의 hBN 을 터널링층으로 형성하였다. Using SiO 2 /Si as a substrate, MoTe 2 having a thickness of 7 nm was formed as a two-dimensional material semiconductor layer on the substrate. Then, 7 nm thick hBN was formed as a tunneling layer on the semiconductor layer.

이어서, 상기 hBN 내부에 PMMA/PVA(Polymethyl methacrylate/Polyvinyl alcohol) chemical 을 이용하여 에너지 트랩 결함을 형성하였다. 구체적으로, PMMA/PVA 가 코팅된 기판 상에 hBN 을 박리하였다. 이어서, 증류수에 PVA 를 녹여 MoTe2 위에 덮었다.Next, an energy trap defect was formed in the hBN by using a PMMA/PVA (Polymethyl methacrylate/Polyvinyl alcohol) chemical. Specifically, hBN was peeled on the PMMA/PVA-coated substrate. Then, PVA was dissolved in distilled water and covered on MoTe 2 .

이어서, 상기 터널링층 상면 양단에 각각 Au 전극을 배치하여 2 차원 절연체 물질을 포함하는 광센서를 제조하였다.Next, Au electrodes were respectively disposed on both ends of the upper surface of the tunneling layer to prepare a photosensor including a two-dimensional insulator material.

[실험예 1][Experimental Example 1]

도 5 는 본원의 실시예에 따른 광센서의 광응답도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing a result of measuring the photoresponse of the photosensor according to the embodiment of the present application.

구체적으로, 본원의 실시예에 따른 광센서의 제 1 전극과 제 2 전극을 통해 전압을 인가하여, 사이에 흐르는 전류를 측정하였다. 어두운 환경과 빛을 조사하였을 때(밝은 환경)의 전류를 각각 측정하고, 두 전류값을 빼주어 광전류를 얻었다. 상기 광전류를 빛의 세기(power)로 나누어 광응답도를 계산하였다. 총 5 개의 가시광 및 근적외선 파장(488 nm, 638 nm, 689 nm, 725 nm, 811 nm)을 이용하여 광전류를 측정하고 광응답도를 계산하였다.Specifically, by applying a voltage through the first electrode and the second electrode of the photosensor according to the embodiment of the present application, the current flowing therebetween was measured. The currents in the dark environment and when irradiated with light (bright environment) were respectively measured, and the photocurrent was obtained by subtracting the two current values. The photoresponse was calculated by dividing the photocurrent by the light power. The photocurrent was measured using a total of five visible and near-infrared wavelengths (488 nm, 638 nm, 689 nm, 725 nm, and 811 nm), and the photoresponse was calculated.

도 5 는 gate bias 가 0 V, 양 전극 사이 인가한 전압(sorce-drain bias)이 -3 V 일 때의 광전류 값을 통해 광응답도를 계산한 그래프이다.FIG. 5 is a graph in which photoresponse is calculated through photocurrent values when the gate bias is 0 V and the voltage applied between both electrodes (source-drain bias) is -3 V. FIG.

이를 통하여, 본원에 따른 광센서는 20 A/W 의 높은 광응답도를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 강한 세기의 빛 하에서의 광응답도 결과로서, 더 약한 세기의 빛에서는 광응답도를 증가시킬 수 있음을 시사하는 것이다.Through this, it was confirmed that the optical sensor according to the present application had a high optical response of 20 A/W. This is a result of photoresponse under strong light, suggesting that photoresponsivity can be increased in light of weaker intensity.

[실험예 2][Experimental Example 2]

도 6 은 본원의 실시예에 따른 광센서의 스위칭 타임(switching time)을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing a result of measuring a switching time of an optical sensor according to an embodiment of the present application.

구체적으로, 본원의 실시예에 따른 광센서의 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 일정한 전압(3 V)을 인가하면서, 빛 가리개(chopper)를 통하여 일정한 시간마다 빛을 조사하며 상기 제 1전극 및 제 2 전극 사이에 흐르는 전류를 측정하였다. 더 낮은 전류(~3 nA)는 어두운 상태에서의 전류이며, 더 높은 전류 (~9 nA)는 밝은 상태에서의 전류이다.Specifically, while applying a constant voltage (3 V) between the first electrode and the second electrode of the photosensor according to the embodiment of the present application, light is irradiated at regular intervals through a light chopper, and the first electrode and The current flowing between the second electrodes was measured. The lower current (~3 nA) is the current in the dark state, and the higher current (~9 nA) is the current in the light state.

이를 통하여, 본원에 따른 광센서는 1 ms 의 빠른 스위칭 타임을 가지는 것을 확인할 수 있었다. Through this, it was confirmed that the photosensor according to the present application has a fast switching time of 1 ms.

[실험예 3][Experimental Example 3]

도 7 은 본원의 실시예에 따른 광센서의 전류-게이팅 전압 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 8 은 본원의 실시예에 따른 광센서의 다양한 파장에서의 전류-게이팅 전압 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 9 는 본원의 실시예에 따른 광센서의 광전류-게이트 바이어스(Gate bias) 곡선을 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the current-gating voltage curve of the photosensor according to the embodiment of the present application, FIG. 8 is a graph showing the current-gating voltage curve at various wavelengths of the photosensor according to the embodiment of the present application, and FIG. 9 is a graph showing a photocurrent-gate bias curve of the photosensor according to an embodiment of the present application.

구체적으로, 광센서의 상면, 즉 터널링층 상으로 광을 조사하였다. 조사된 광은 터널링층을 통과한 후 반도체층에서 전자-정공 쌍을 생성하였다. 생성된 전자-정공 쌍은 전자 및 정공으로 분리되었다. 분리된 전자는 제 1 전극과 제 2 전극 중 상대적으로 고전위 전압이 인가된 전극으로 이동하며, 반도체 층 간 도핑 정도를 다르게 만들었다. 이에 따라 터널링층을 지나는 터널링 전류가 발생하였다. 상기 터널링 전류를 측정함으로써 광센서의 해당 픽셀에서의 광량을 분석하였다.Specifically, light was irradiated onto the upper surface of the photosensor, that is, the tunneling layer. After the irradiated light passed through the tunneling layer, electron-hole pairs were generated in the semiconductor layer. The generated electron-hole pairs were separated into electrons and holes. The separated electrons move to an electrode to which a relatively high potential voltage is applied among the first electrode and the second electrode, and the degree of doping between the semiconductor layers is different. Accordingly, a tunneling current passing through the tunneling layer was generated. By measuring the tunneling current, the amount of light in the corresponding pixel of the photosensor was analyzed.

더욱 구체적으로, 도 7 은 검정색은 어두운 환경에서, 빨간색은 밝은 환경에서, 제1 전극 및 제2 전극 사이에 걸린 전압에 따른 광전류(IPC)를 측정한 것이다. 689 nm 의 가시광선이 사용되었다. More specifically, in FIG. 7 , the photocurrent (I PC ) according to the voltage applied between the first electrode and the second electrode is measured in black in a dark environment and in red in a bright environment. Visible light at 689 nm was used.

또한, 도 8 의 (A) 는 488 nm 파장, 도 8 의 (B) 는 638 nm 파장, 도 8 의 (C) 는 725 nm 파장, 도 8 의 (D) 는 811 nm 파장을 사용하였다.In addition, a wavelength of 488 nm is used in (A) of FIG. 8, a wavelength of 638 nm in FIG. 8(B), a wavelength of 725 nm in FIG. 8(C), and a wavelength of 811 nm in FIG. 8(D).

또한, 도 9 는 본원의 실시예에 따른 광센서의 제 1 전극과 제 2 전극을 통해 전압을 인가하여, 사이에 흐르는 전류를 측정한 것이다. 어두운 환경과 빛을 조사하였을 때(밝은 환경)의 전류를 각각 측정하고, 두 전류값을 빼주어 광전류를 얻었다. 가시광선 파장(689 nm)을 이용하여 광전류를 측정하였다.In addition, FIG. 9 shows a current flowing therebetween by applying a voltage through the first electrode and the second electrode of the photosensor according to the embodiment of the present application. The currents in the dark environment and when irradiated with light (bright environment) were respectively measured, and the photocurrent was obtained by subtracting the two current values. The photocurrent was measured using a visible light wavelength (689 nm).

도 7 을 통하여, 빛 조사 시 전류-전압 곡선이 수평적으로 이동하는 광게이팅 현상만이 선택적으로 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 게이트 전압에 따라 양의 광전류(초록색 영역) 또는 음의 광전류(파란색 영역)를 선택적으로 가져 광전류의 극성 제어가 가능한 것을 확인할 수 있었다.7 , it was confirmed that only the photogating phenomenon in which the current-voltage curve horizontally moves when light is irradiated occurs selectively. That is, it was confirmed that the polarity of the photocurrent could be controlled by selectively bringing a positive photocurrent (green region) or a negative photocurrent (blue region) according to the gate voltage.

또한 도 8 을 통하여, 본원에 따른 광센서는 파장에 무관하게 게이팅 제어에 따라 양의 광전류와 음의 광전류를 선택적으로 확보하여 광전류의 극성 제어가 가능한 것을 확인할 수 있었다. 이는, MoS2 가 0.9 eV (파장: 1378 nm)의 밴드갭 에너지를 가짐으로써, 가시광선 영역의 488 nm 파장의 빛부터 근적외선 영역의 811 nm 파장의 빛까지 이용하여 게이팅 제어를 할 수 있으며, 이를 통해 최대 -14 V 의 게이팅 제어가 가능함을 시사하는 것이다.Also, through FIG. 8 , it was confirmed that the photosensor according to the present application selectively secures a positive photocurrent and a negative photocurrent according to the gating control regardless of the wavelength, thereby controlling the polarity of the photocurrent. This is, since MoS 2 has a bandgap energy of 0.9 eV (wavelength: 1378 nm), it is possible to control gating using light of a wavelength of 488 nm in the visible region to light of a wavelength of 811 nm in the near-infrared region, and this This suggests that gating control of up to -14 V is possible.

또한 도 9 를 통하여, 본원에 따른 광센서는 게이트 전압에 따라 양의 광전류와 음의 광전류를 선택적으로 가지는 것을 확인할 수 있었다.Also, through FIG. 9 , it was confirmed that the photosensor according to the present application selectively has a positive photocurrent and a negative photocurrent according to the gate voltage.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.

100: 광센서
110: 기판
120: 2 차원 물질 반도체층
130: 터널링층
141: 제 1 전극
142: 제 2 전극
100: light sensor
110: substrate
120: two-dimensional material semiconductor layer
130: tunneling layer
141: first electrode
142: second electrode

Claims (14)

기판;
상기 기판 상에 형성된 2 차원 물질 반도체층;
상기 반도체층 상에 형성된 터널링층; 및
상기 터널링층의 상면 양단에 각각 배치된 제 1 전극 및 제 2 전극;
을 포함하는 광센서에 있어서,
상기 터널링층은 에너지 트랩 결함을 포함하는 2 차원 절연체 물질을 포함하는 것인,
광센서.
Board;
a two-dimensional material semiconductor layer formed on the substrate;
a tunneling layer formed on the semiconductor layer; and
first and second electrodes respectively disposed on both ends of the upper surface of the tunneling layer;
In the optical sensor comprising a,
wherein the tunneling layer comprises a two-dimensional insulator material comprising energy trap defects.
light sensor.
제 1 항에 있어서,
상기 광센서는 상기 에너지 트랩 결함에 정공 또는 전하를 가두어 광게이팅 현상을 선택적으로 발현시키는 것인, 광센서.
The method of claim 1,
The photosensor is to selectively express a photogating phenomenon by trapping holes or charges in the energy trap defect.
제 1 항에 있어서,
상기 광센서는 게이트 전압에 따라 양의 광전류와 음의 광전류를 선택적으로 제어하는 것인, 광센서.
The method of claim 1,
The photosensor is to selectively control the positive photocurrent and the negative photocurrent according to the gate voltage, the photosensor.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 SiO2/Si, hBN, PET(polyethylene terephthalate), 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광센서.
The method of claim 1,
Wherein the substrate comprises one selected from the group consisting of SiO 2 /Si, hBN, polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체층은 전이금속 디칼코게나이드를 포함하는 것인, 광센서.
The method of claim 1,
The semiconductor layer will include a transition metal dichalcogenide, the photosensor.
제 5 항에 있어서,
상기 전이금속 디칼코게나이드는 MoTe2, MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, WTe2, ZrS2, ZrSe2, HfS2, HfSe2, NbSe2, ReSe2, CuS 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광센서.
6. The method of claim 5,
The transition metal dichalcogenide is MoTe 2 , MoS 2 , MoSe 2 , WS 2 , WSe 2 , WTe 2 , ZrS 2 , ZrSe 2 , HfS 2 , HfSe 2 , NbSe 2 , ReSe 2 , CuS and combinations thereof. Which comprises one selected from the group consisting of, an optical sensor.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체층은 10 nm 내지 100 nm 두께를 가지는 것인, 광센서.
The method of claim 1,
The semiconductor layer will have a thickness of 10 nm to 100 nm, the photosensor.
제 1 항에 있어서,
상기 2 차원 절연체 물질은 헥사고날 보론 나이트라이드(hBN), 알루미나, 하프늄 옥사이드 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광센서.
The method of claim 1,
wherein the two-dimensional insulator material comprises one selected from the group consisting of hexagonal boron nitride (hBN), alumina, hafnium oxide, and combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체층 상면에 형성된 나노 입자를 추가 포함하는 것인, 광센서.
The method of claim 1,
The optical sensor further comprising nanoparticles formed on the upper surface of the semiconductor layer.
제 1 항에 있어서,
상기 터널링층의 상면에 형성된 나노 입자를 추가 포함하는 것인, 광센서.
The method of claim 1,
The optical sensor further comprising nanoparticles formed on the upper surface of the tunneling layer.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 일반 금속 또는 투명한 도전성 산화물을 포함하는 것인, 광센서.
The method of claim 1,
The first electrode and the second electrode will include a general metal or a transparent conductive oxide, the photosensor.
제 11 항에 있어서,
상기 일반 금속은 Au, Al, Cu, Ti, Pt, Ag, Cr 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광센서.
12. The method of claim 11,
The general metal will include one selected from the group consisting of Au, Al, Cu, Ti, Pt, Ag, Cr, and combinations thereof, the photosensor.
제 11 항에 있어서,
상기 투명한 도전성 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO, SnO2, ATO(antimony-doped tin oxide), AZO(Al-doped zinc oxide), GZO(gallium-doped zinc oxide), TiO2, FTO(fluorine-doped tin oxide) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광센서.
12. The method of claim 11,
The transparent conductive oxide includes indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), ZnO, SnO 2 , antimony-doped tin oxide (ATO), Al-doped zinc oxide (AZO), and gallium-doped zinc oxide (GZO). , TiO 2 , FTO (fluorine-doped tin oxide), and a photosensor comprising one selected from the group consisting of combinations thereof.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 광센서를 포함하는, 광전소자.According to any one of claims 1 to 13, comprising an optical sensor according to any one of claims, an optoelectronic device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190097981A (en) * 2018-02-13 2019-08-21 삼성전자주식회사 Near-infrared ray sensor including 2-dimensional insulator
KR20190129223A (en) * 2018-05-10 2019-11-20 연세대학교 산학협력단 Oxide semiconductor thin film photo transistor and method of manufacturing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190097981A (en) * 2018-02-13 2019-08-21 삼성전자주식회사 Near-infrared ray sensor including 2-dimensional insulator
KR20190129223A (en) * 2018-05-10 2019-11-20 연세대학교 산학협력단 Oxide semiconductor thin film photo transistor and method of manufacturing the same

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