KR20220056803A - 센서 및 전자 장치 - Google Patents

센서 및 전자 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220056803A
KR20220056803A KR1020210141666A KR20210141666A KR20220056803A KR 20220056803 A KR20220056803 A KR 20220056803A KR 1020210141666 A KR1020210141666 A KR 1020210141666A KR 20210141666 A KR20210141666 A KR 20210141666A KR 20220056803 A KR20220056803 A KR 20220056803A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
photoelectric conversion
substituted
unsubstituted
conversion layer
Prior art date
Application number
KR1020210141666A
Other languages
English (en)
Inventor
임동석
김래성
권오규
김창기
박인선
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to EP21204420.0A priority Critical patent/EP3993052A1/en
Priority to US17/509,451 priority patent/US20220131098A1/en
Priority to CN202111261026.8A priority patent/CN114497377A/zh
Publication of KR20220056803A publication Critical patent/KR20220056803A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H01L51/4253—
    • H01L51/0046—
    • H01L51/006—
    • H01L51/0072—
    • H01L51/0077—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/631—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
    • H10K85/633—Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine comprising polycyclic condensed aromatic hydrocarbons as substituents on the nitrogen atom
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 적외선 파장 영역 중 적어도 일부 파장 영역의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 적외선 광전변환층을 포함하고, 상기 적외선 광전변환층은 적외선 파장 영역에서 최대흡수파장을 가진 제1 물질, 상기 제1 물질과 pn 접합을 형성하는 제2 물질, 그리고 상기 제1 물질의 에너지 밴드갭보다 1.0eV 이상 큰 에너지 밴드갭을 가지는 제3 물질을 포함하며, 상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 상기 제3 물질은 서로 다르고 각각 비폴리머 물질인 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.

Description

센서 및 전자 장치{SENSOR AND ELECTRONIC DEVICE}
센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
디지털 카메라와 캠코더 등에는 영상을 촬영하여 전기적 신호로 저장하는 촬상 소자가 사용되고, 촬상 소자는 입사하는 빛을 파장에 따라 분해하여 각각의 성분을 전기적 신호로 변환하는 센서를 포함한다.
근래, 저조도 환경에서 센서의 감도를 개선하거나 생체 인식 또는 인증 장치로 사용하기 위한 적외선(infra-red) 영역의 센서가 연구되고 있다.
일 구현예는 개선된 전기적 특성을 나타내는 센서를 제공한다.
다른 구현예는 상기 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 적외선 파장 영역 중 적어도 일부 파장 영역의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 적외선 광전변환층을 포함하고, 상기 적외선 광전변환층은 적외선 파장 영역에서 최대흡수파장을 가진 제1 물질, 상기 제1 물질과 pn 접합을 형성하는 제2 물질, 그리고 상기 제1 물질의 에너지 밴드갭보다 1.0eV 이상 큰 에너지 밴드갭을 가지는 제3 물질을 포함하며, 상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 상기 제3 물질은 서로 다르고 각각 비폴리머 물질인 센서를 제공한다.
상기 제1 물질의 HOMO 에너지 준위와 상기 제3 물질의 HOMO 에너지 준위의 차이는 약 1.0eV 미만일 수 있다.
상기 제2 물질의 HOMO 에너지 준위와 상기 제1 물질의 HOMO 에너지 준위의 차이는 약 0.5eV 이상일 수 있다.
상기 제1 물질의 에너지 밴드갭은 약 0.5eV 내지 1.8eV일 수 있고, 상기 제3 물질의 에너지 밴드갭은 약 2.8eV 내지 4.0eV일 수 있다.
상기 제3 물질의 에너지 밴드갭은 상기 제2 물질의 에너지 밴드갭보다 클 수 있다.
상기 제1 물질은 상기 제2 물질보다 적게 포함되어 있을 수 있다.
상기 제2 물질에 대한 상기 제1 물질의 조성비는 약 0.10:1 내지 0.90:1일 수 있다.
상기 제2 물질에 대한 상기 제1 물질의 조성비는 약 0.10:1 내지 0.50:1일 수 있다.
상기 제1 물질과 상기 제3 물질은 상기 제2 물질보다 각각 적게 포함되어 있을 수 있다.
상기 제3 물질은 상기 적외선 광전변환층의 총 부피에 대하여 약 1 내지 40부피%로 포함될 수 있다.
상기 제3 물질은 상기 적외선 광전변환층의 총 부피에 대하여 약 7 내지 25부피%로 포함될 수 있다.
상기 적외선 광전변환층의 최대흡수파장은 상기 제1 물질의 최대흡수파장보다 장파장일 수 있다.
상기 적외선 광전변환층의 최대 흡수파장 또는 최대 외부양자효율 파장은 상기 제3 물질의 함량이 높을수록 장파장 방향으로 이동할 수 있다.
상기 제3 물질은 유기물일 수 있다.
상기 제3 물질은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 이들의 조합일 수 있고,
Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기일 수 있고,
Ar1과 Ar2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
Ar3과 Ar4는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합일 수 있고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 둘이 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
m은 0 내지 2의 정수이다.
상기 제3 물질은 하기 화학식 1-1 내지 1-8 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
[화학식 1-1] [화학식 1-2]
Figure pat00002
Figure pat00003
[화학식 1-3] [화학식 1-4]
Figure pat00004
Figure pat00005
[화학식 1-5] [화학식 1-6]
Figure pat00006
Figure pat00007
[화학식 1-7] [화학식 1-8]
Figure pat00008
Figure pat00009
상기 화학식 1-1 내지 1-8에서,
R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합일 수 있고,
R1 내지 R22는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 둘이 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
m은 1 또는 2이다.
상기 적외선 광전변환층은 상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 상기 제3 물질의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 적외선 광전변환층은 상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 상기 제3 물질로 이루어진 삼성분계일 수 있다.
상기 적외선 광전변환층의 최대 외부양자효율 파장은 약 800nm 내지 1500nm에 속할 수 있다.
상기 센서는 상기 제1 전극과 상기 적외선 광전변환층 사이에 위치하는 제1 보조층을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 보조층은 상기 제3 물질과 같거나 다른 제4 물질을 포함할 수 있으며, 상기 제4 물질의 에너지 밴드갭은 상기 제1 물질의 에너지 밴드갭보다 약 1.0eV 이상 더 클 수 있고, 상기 제4 물질의 HOMO 에너지 준위는 상기 제1 전극의 일 함수와 상기 제1 물질의 HOMO 에너지 준위의 사이에 위치할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 적외선 광전변환층을 포함하고, 상기 적외선 광전변환층은 적외선 파장 영역에서 최대흡수파장을 가지는 제1 물질, 상기 제1 물질과 pn 접합을 형성하는 제2 물질, 그리고 상기 화학식 1로 표현되는 제3 물질의 혼합물을 포함하며, 상기 적외선 광전변환층의 최대흡수파장은 상기 제1 물질의 최대흡수파장보다 장파장인 센서를 제공한다.
상기 적외선 광전변환층의 최대흡수파장은 상기 제1 물질의 최대흡수파장보다 약 30nm 이상 장파장일 수 있다.
상기 적외선 광전변환층의 최대흡수파장 또는 최대 외부양자효율 파장은 상기 제3 물질의 함량이 높을수록 장파장 방향으로 이동할 수 있다.
상기 제3 물질은 상기 적외선 광전변환층의 총 부피에 대하여 약 1 내지 40부피%로 포함될 수 있다.
상기 제3 물질은 상기 적외선 광전변환층의 총 부피에 대하여 약 7 내지 25부피%로 포함될 수 있다.
상기 제1 물질의 최대흡수파장은 약 750nm 내지 1200nm에 속할 수 있고, 상기 적외선 광전변환층의 최대흡수파장은 약 1000nm 내지 1500nm에 속할 수 있다.
상기 제3 물질은 상기 화학식 1-1 내지 1-8 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
상기 제1 물질은 금속 프탈로시아닌 착체 또는 금속 나프탈로시아닌 착체를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
역바이어스 전압 하에서 센서의 암전류를 낮추고 광학적 특성을 개선할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 적외선 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 2는 일 구현예에 따른 적외선 센서의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 3은 일 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 4는 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 5는 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 6은 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 7은 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 8은 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 9는 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 사시도이고,
도 10은 도 9의 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 11은 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 사시도이고,
도 12는 도 11의 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 13은 일 예에 따른 전자 장치의 개략 다이아그램이다.
이하, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구현예를 상세히 설명한다. 그러나 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자, 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, 실릴기, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C30 싸이오알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로고리기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, '헤테로'란, N, O, S, Se, Te, Si 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 4개 함유한 것을 의미한다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, "아릴기"는 탄화수소 방향족 모이어티를 하나 이상 갖는 그룹을 총괄하는 개념으로서, 탄화수소 방향족 모이어티의 모든 원소가 p-오비탈을 가지면서, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 형태, 예컨대 페닐기, 나프틸기 등을 포함하고, 2 이상의 탄화수소 방향족 모이어티들이 시그마 결합을 통하여 연결된 형태, 예컨대 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기 등을 포함하며, 2 이상의 탄화수소 방향족 모이어티들이 직접 또는 간접적으로 융합된 비방향족 융합 고리, 예컨대 플루오레닐기 등을 포함할 수 있다. 아릴기는 모노사이클릭, 폴리사이클릭 또는 융합 폴리사이클릭(즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함할 수 있다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, “헤테로고리” 또는 “헤테로고리기”는 “헤테로아릴기”를 포함하는 상위 개념으로, 고리 내에 탄소(C) 대신 N, O, S, Se, Te, P 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 적어도 한 개를 함유하는 것을 의미한다. 헤테로고리가 융합고리인 경우, 헤테로고리에 적어도 하나의 헤테로 원자를 가질 수 있고 각각의 고리마다 헤테로 원자를 가질 수도 있다.
이하에서, 일 함수(work function), HOMO 에너지 준위 또는 LUMO 에너지 준위의 값은 진공 레벨(vacuum level)로부터의 절대값으로 표시된다. 또한 일 함수, HOMO 에너지 준위 또는 LUMO 에너지 준위가 깊다, 높다 또는 크다는 것은 진공 레벨을 '0eV'로 하여 절대값이 큰 것을 의미하고, 일 함수, HOMO 에너지 준위 또는 LUMO 에너지 준위가 얕다, 낮다 또는 작다는 것은 진공 레벨을 '0eV'로 하여 절대값이 작은 것을 의미한다.
이하에서 HOMO 에너지 준위는 해당 물질로 형성된 필름을 광전자 분광 장치(RIKEN KEIKI Co. Ltd., AC-3)를 사용하여 상온에서 측정하여 구한다. 또한 해당 필름을 자외-가시광 분광기(UV-Visible Spectrophotometer, UPS)를 사용하여 광 흡수를 측정한 후 에너지 밴드갭을 추출하고, 에너지 밴드갭에서 기 측정된 HOMO 에너지 준위를 뺀 값을 LUMO 에너지 준위로 정의한다.
이하에서, 에너지 밴드갭(energy bandgap)은 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위의 차이의 절대값을 의미하고, 에너지 밴드갭이 넓다 또는 크다는 것은 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위의 차이의 절대값이 큰 것을 의미한다.
이하에서, 광학 흡수 스펙트럼(optical absorption spectrum)에서 광 흡수가 최대인 지점에서의 파장을 “최대흡수파장”이라고 하고, 외부양자효율 스펙트럼(external quantum efficiency spectrum, EQE spectrum)에서 외부양자효율(EQE)이 최대인 지점에서의 파장을 "최대 외부양자효율 파장”또는 "최대 EQE 파장”이라고 한다. 동일한 조건에서 최대 외부양자효율 파장 또는 최대 EQE 파장은 최대흡수파장과 같을 수 있으며, 혼용될 수 있다.
이하에서, "비폴리머 물질"은 반복단위를 가지지 않는 유기물일 수 있으며, 예컨대 약 3000 g/mol 이하, 약 2500 g/mol 이하, 약 2000 g/mol 이하 또는 약 1500 g/mol 이하의 분자량을 가지는 유기물일 수 있다. "비폴리머 물질"은 상기 범위의 분자량을 가지는 저분자 화합물일 수 있다.
이하에서, "조합"은 혼합 또는 둘 이상의 적층 구조를 포함한다.
이하 일 구현예에 따른 센서를 설명한다.
일 구현예에 따른 센서는 적외선 파장 영역 중 적어도 일부 파장 영역의 광을 감지하는 센서(이하 ‘적외선 센서’라 한다)를 포함한다. 적외선 센서는 예컨대 근적외선 파장 영역(near infrared wavelength region), 단파 적외선 파장 영역(short wave infrared wavelength region), 중파 적외선 파장 영역(mid wave infrared wavelength region) 및 장파 적외선 파장 영역(long wave infrared wavelength region) 중 적어도 일부의 광을 센싱하는 센서일 수 있으며, 예컨대 근적외선 파장 영역과 단파 적외선 파장 영역 중 적어도 일부의 광을 센싱하는 센서일 수 있다. 적외선 파장 영역은 예컨대 약 700nm 초과 3000nm 이하에 속할 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 750nm 내지 3000nm, 약 750nm 내지 2500nm, 약 750nm 내지 2300nm, 약 750nm 내지 2000nm, 약 750nm 내지 1800nm, 약 750nm 내지 1500nm, 약 750nm 내지 1300nm, 약 750nm 내지 1200nm, 약 750nm 내지 1100nm, 약 750nm 내지 1000nm, 약 800nm 내지 3000nm, 약 800nm 내지 2500nm, 약 800nm 내지 2300nm, 약 800nm 내지 2000nm, 약 800nm 내지 1800nm, 약 800nm 내지 1500nm, 약 800nm 내지 1300nm, 약 800nm 내지 1200nm, 약 800nm 내지 1100nm, 약 800nm 내지 1000nm, 약 850nm 내지 3000nm, 약 850nm 내지 2500nm, 약 850nm 내지 2300nm, 약 850nm 내지 2000nm, 약 850nm 내지 1800nm, 약 850nm 내지 1500nm, 약 850nm 내지 1300nm, 약 850nm 내지 1200nm, 약 850nm 내지 1100nm 또는 약 850nm 내지 1000nm에 속할 수 있다. 적외선 센서의 흡수 스펙트럼은 상기 파장 영역에서 최대흡수파장을 가질 수 있다. 적외선 센서는 상기 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 적외선 센서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼은 상기 파장 영역에서 최대 EQE 파장을 가질 수 있다.
적외선 센서는 각각 독립적으로 광 다이오드(photodiode) 또는 광전변환소자(photoelectric conversion device)와 같은 광 감지 소자를 포함할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 적외선 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 적외선 센서(100)는 서로 마주하는 제1 전극(110)과 제2 전극(120), 그리고 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 적외선 광전변환층(130)을 포함한다.
기판(도시하지 않음)은 제1 전극(110) 측에 배치될 수도 있고 제2 전극(120) 측에 배치될 수 있다. 기판은 예컨대 유리와 같은 무기 물질, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에테르술폰 또는 이들의 조합과 같은 유기 물질 또는 실리콘웨이퍼 등으로 만들어질 수 있다. 기판은 생략될 수 있다.
제1 전극(110)과 제2 전극(120) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 일 예로, 제1 전극(110)은 애노드일 수 있고 제2 전극(120)은 캐소드일 수 있다. 일 예로, 제1 전극(110)은 캐소드일 수 있고 제2 전극(120)은 애노드일 수 있다.
제1 전극(110)과 제2 전극(120) 중 적어도 하나는 투명 전극 또는 반투과 전극일 수 있다.
투명 전극은 약 80% 이상의 투과율을 가질 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 85% 이상, 약 88% 이상, 약 90% 이상, 약 92% 이상, 약 95% 이상 또는 약 97% 이상의 투과율을 가질 수 있다. 투명 전극은 예컨대 산화물 도전체, 탄소 도전체 및/또는 금속 박막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산화물 도전체는 예컨대 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide, IZO), 아연 주석 산화물(zinc tin oxide, ZTO), 알루미늄 주석 산화물(Aluminum tin oxide, AlTO) 및 알루미늄 아연 산화물(Aluminum zinc oxide, AZO)에서 선택된 하나 이상일 수 있고 탄소 도전체는 그래핀 및 탄소나노체에서 선택된 하나 이상일 수 있고 금속 박막은 예컨대 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 금속 박막 또는 금속 산화물이 도핑된 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 단일 층 또는 복수 층의 금속 박막일 수 있다.
반투과 전극은 약 10 내지 70%, 약 20 내지 60% 또는 약 30 내지 50%의 투과율을 가질 수 있고, 예컨대 소정 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하고 그 외의 파장 영역의 광을 반사 또는 흡수시킬 수 있다. 반투과 전극은 예컨대 약 1nm 내지 50nm의 얇은 두께의 금속층 또는 합금층을 포함할 수 있으며, 예컨대 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 이터븀(Yb), 마그네슘-은(Mg-Ag), 마그네슘-알루미늄(Mg-Al) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(110)과 제2 전극(120) 중 어느 하나는 반사 전극일 수 있다. 반사 전극은 반사층을 포함할 수 있으며, 예컨대 약 10% 미만 또는 약 5% 이하의 낮은 투과도를 가질 수 있다. 반사 전극은 예컨대 금속과 같은 반사 도전체를 포함할 수 있으며, 예컨대 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 이터븀(Yb), 이들의 합금, 이들의 질화물(예컨대 TiN) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)은 각각 투명 전극 또는 반투과 전극일 수 있다. 일 예로, 제1 전극(110)은 반사 전극이고 제2 전극(120)은 투명 전극 또는 반투과 전극일 수 있다. 일 예로, 제1 전극(110)은 투명 전극 또는 반투과 전극이고 제2 전극(120)은 반사 전극일 수 있다.
적외선 광전변환층(130)은 적외선 파장 영역 중 적어도 일부 파장 영역의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환시킬 수 있다. 적외선 광전변환층(130)의 흡수 스펙트럼은 예컨대 약 700nm 초과 3000nm 이하의 파장 영역에서 최대흡수파장(λmax,A)을 가질 수 있으며, 최대흡수파장은 상기 범위 내에서 예컨대 약 750nm 내지 3000nm, 약 750nm 내지 2500nm, 약 750nm 내지 2300nm, 약 750nm 내지 2000nm, 약 750nm 내지 1800nm, 약 750nm 내지 1500nm, 약 750nm 내지 1300nm, 약 750nm 내지 1200nm, 약 750nm 내지 1100nm 또는 약 750nm 내지 1000nm의 파장 영역에 속할 수 있다.
적외선 광전변환층(130)의 EQE 스펙트럼은 예컨대 약 700nm 초과 3000nm 이하의 파장 영역에서 최대 EQE 파장을 가질 수 있으며, 최대 EQE 파장은 상기 범위 내에서 예컨대 약 750nm 내지 3000nm, 약 750nm 내지 2500nm, 약 750nm 내지 2300nm, 약 750nm 내지 2000nm, 약 750nm 내지 1800nm, 약 750nm 내지 1500nm, 약 750nm 내지 1300nm, 약 750nm 내지 1200nm, 약 750nm 내지 1100nm 또는 약 750nm 내지 1000nm의 파장 영역에 속할 수 있다.
적외선 광전변환층(130)은 pn 접합(pn junction)을 형성하는 적어도 하나의 제1 물질(130a)과 적어도 하나의 제2 물질(130b)을 포함할 수 있다. 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)은 서로 다르고, 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b) 중 하나는 p형 반도체일 수 있고 다른 하나는 n형 반도체일 수 있다. 일 예로, 제1 물질(130a)은 p형 반도체일 수 있고 제2 물질(130b)은 n형 반도체일 수 있다. 일 예로, 제1 물질(130a)은 n형 반도체일 수 있고 제2 물질(130b)은 p형 반도체일 수 있다.
제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)은 각각 유기물, 무기물 또는 유무기물일 수 있으며, 예컨대 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b) 중 적어도 하나는 유기물일 수 있다. 일 예로, 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)은 각각 비폴리머 물질(non-polymeric material)일 수 있고 증착성 화합물일 수 있다. 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b) 중 적어도 하나는 흡광 물질일 수 있고, 예컨대 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)은 각각 흡광 물질일 수 있다.
제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)은 서로 다른 흡광 특성을 가질 수 있으며, 예컨대 제1 물질(130a)의 흡수 스펙트럼과 제2 물질(130b)의 흡수 스펙트럼은 다를 수 있고, 예컨대 제1 물질(130a)의 흡수 스펙트럼의 최대흡수파장과 제2 물질(130b)의 흡수 스펙트럼의 최대흡수파장은 서로 다를 수 있다. 예컨대 제1 물질(130a)의 흡수 스펙트럼은 제2 물질(130b)의 흡수 스펙트럼보다 장파장 영역에 위치할 수 있고 제1 물질(130a)의 흡수 스펙트럼의 최대흡수파장은 제2 물질(130b)의 흡수 스펙트럼의 최대흡수파장보다 장파장일 수 있다.
일 예로, 제1 물질(130a)은 적외선 파장 영역의 광을 주로 흡수하는 적외선 흡수 물질일 수 있고, 제1 물질(130a)의 흡수 스펙트럼의 최대흡수파장은 적외선 파장 영역에 속할 수 있다. 제1 물질(130a)의 흡수 스펙트럼의 최대흡수파장은 예컨대 약 700nm 초과 3000nm 이하에 속할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 750nm 내지 3000nm, 약 750nm 내지 2500nm, 약 750nm 내지 2300nm, 약 750nm 내지 2000nm, 약 750nm 내지 1800nm, 약 750nm 내지 1500nm, 약 750nm 내지 1300nm, 약 750nm 내지 1200nm, 약 750nm 내지 1100nm, 약 750nm 내지 1000nm, 약 800nm 내지 3000nm, 약 800nm 내지 2500nm, 약 800nm 내지 2300nm, 약 800nm 내지 2000nm, 약 800nm 내지 1800nm, 약 800nm 내지 1500nm, 약 800nm 내지 1300nm, 약 800nm 내지 1200nm, 약 800nm 내지 1100nm, 약 800nm 내지 1000nm, 약 850nm 내지 3000nm, 약 850nm 내지 2500nm, 약 850nm 내지 2300nm, 약 850nm 내지 2000nm, 약 850nm 내지 1800nm, 약 850nm 내지 1500nm, 약 850nm 내지 1300nm, 약 850nm 내지 1200nm, 약 850nm 내지 1100nm 또는 약 850nm 내지 1000nm에 속할 수 있다.
일 예로, 제2 물질(130b)은 적외선 파장 영역의 광을 주로 흡수하는 적외선 흡수 물질이 아닐 수 있으며, 예컨대 제2 물질(130b)의 흡수 스펙트럼의 최대흡수파장은 적외선 파장 영역에 속하지 않을 수 있다. 예컨대 제2 물질(130b)은 가시광선 파장 영역의 광을 주로 흡수하는 가시광선 흡수 물질일 수 있고, 제2 물질(130b)의 흡수 스펙트럼의 최대흡수파장은 가시광선 파장 영역에 속할 수 있다. 가시광선 파장 영역은 예컨대 약 380nm 이상 700nm 미만일 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 380nm 내지 680nm 일 수 있다.
제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)은 서로 다른 전기적 특성을 가질 수 있으며, 예컨대 제1 물질(130a)의 에너지 다이어그램과 제2 물질(130b)의 에너지 다이어그램은 상이할 수 있다.
일 예로, 제1 물질(130a)은 비교적 얕은 HOMO 에너지 준위를 가질 수 있으며, 예컨대 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위는 약 4.5eV 내지 5.5eV 일 수 있다. 제2 물질(130b)의 HOMO 에너지 준위는 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위보다 깊을 수 있으며, 예컨대 제2 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위와 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위의 차이는 약 0.5eV 이상일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 0.7eV 이상, 약 0.8eV 이상, 약 0.9eV 이상 또는 약 1.0eV 이상일 수 있고, 예컨대 약 0.5eV 내지 2.0eV, 약 0.5eV 내지 1.8eV, 약 0.5eV 내지 1.7eV, 약 0.5eV 내지 1.5eV, 약 0.7eV 내지 2.0eV, 약 0.7eV 내지 1.8eV, 약 0.7eV 내지 1.7eV, 약 0.7eV 내지 1.5eV, 약 0.8eV 내지 2.0eV, 약 0.8eV 내지 1.8eV, 약 0.8eV 내지 1.7eV 또는 약 0.8eV 내지 1.5eV, 약 0.9eV 내지 2.0eV, 약 0.9eV 내지 1.8eV, 약 0.9eV 내지 1.7eV 또는 약 0.9eV 내지 1.5eV, 약 1.0eV 내지 2.0eV, 약 1.0eV 내지 1.8eV, 약 1.0eV 내지 1.7eV 또는 약 1.0eV 내지 1.5eV 일 수 있다. 예컨대 제2 물질(130b)의 HOMO 에너지 준위는 약 5.6eV 내지 7.0eV 일 수 있다.
일 예로, 제1 물질(130a)의 LUMO 에너지 준위는 약 3.0eV 내지 4.5eV 일 수 있다. 제2 물질(130b)의 LUMO 에너지 준위는 제1 물질(130a)의 LUMO 에너지 준위보다 깊거나 얕을 수 있으며, 예컨대 제2 물질(130b)의 LUMO 에너지 준위는 약 3.6eV 내지 5.0eV 일 수 있다.
일 예로, 제1 물질(130a)의 에너지 밴드갭은 비교적 좁을 수 있다. 제1 물질(130a)의 에너지 밴드갭은 예컨대 약 1.8eV 이하, 약 1.7eV 이하, 약 1.6eV 이하, 약 1.5eV 이하, 약 1.4eV 이하, 약 1.3eV 이하 또는 약 1.2eV 이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 0.5eV 내지 1.8eV, 약 0.5eV 내지 1.7eV, 약 0.5eV 내지 1.6eV, 약 0.5eV 내지 1.5eV, 약 0.5eV 내지 1.4eV, 약 0.5eV 내지 1.3eV 또는 약 0.5eV 내지 1.2eV 일 수 있다.
일 예로, 제2 물질(130b)의 에너지 밴드갭은 제1 물질(130a)의 에너지 밴드갭보다 넓을 수 있다. 제2 물질(130b)의 에너지 밴드갭은 예컨대 제1 물질(130a)의 에너지 밴드갭보다 약 0.3eV 이상 더 넓을 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 0.5eV 이상, 약 0.7eV 이상, 약 0.8eV 이상 또는 약 1.0eV 이상 더 넓을 수 있으며, 예컨대 0.3eV 내지 2.0eV, 약 0.5eV 내지 2.0eV, 약 0.7eV 내지 2.0eV, 약 0.8eV 내지 2.0eV 또는 약 1.0eV 내지 2.0eV 더 넓을 수 있다. 예컨대 제2 물질(130b)의 에너지 밴드갭은 약 0.8eV 내지 2.4eV일 수 있다.
일 예로, 제1 물질(130a)은 전술한 광학 특성 및 전기적 특성을 만족하는 물질에서 선택될 수 있으며, 예컨대 금속 프탈로시아닌 착체 또는 금속 나프탈로시아닌 착체를 포함할 수 있다. 여기서 금속은 구리(Cu), 주석(Sn), 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni), 아연(Zn), 마그네슘(Mg) 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2 물질(130b)은 전술한 광학 특성 및 전기적 특성을 만족하는 물질에서 선택될 수 있으며, 예컨대 플러렌 또는 플러렌 유도체를 포함할 수 있다.
제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)은 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 형태로 혼합되어 있을 수 있다. 도면에서는 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)의 혼합의 예를 보여주기 위하여 임의로 도시한 것으로, 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)의 형상 및 모폴로지가 이에 한정되는 것은 아니며 예컨대 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)은 맞닿아 있을 수 있다.
제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)은 소정의 조성비로 포함할 수 있으며, 여기서 조성비는 제2 물질(130b)의 부피(volume) 또는 두께(thickness)에 대한 제1 물질(130a)의 부피 또는 두께로 정의될 수 있다.
일 예로, 제1 물질(130a)은 제2 물질(130b)보다 적게 포함될 수 있으며, 예컨대 제2 물질(130b)에 대한 제1 물질(130a)의 조성비는 약 0.10:1 내지 0.90:1 일 수 있다. 제2 물질(130b)에 대한 제1 물질(130a)의 조성비는 상기 범위 내에서 약 0.10:1 내지 0.80:1, 약 0.10:1 내지 0.70:1, 약 0.10:1 내지 0.50:1 또는 약 0.10:1 내지 0.30:1 일 수 있다. 이와 같이 적외선 광전변환층(130)에서 제1 물질(130a)보다 비교적 깊은 HOMO 에너지 준위를 가진 제2 물질(130b)의 조성비를 상대적으로 높임으로써 역바이어스 전압 하에서 제1 전극(110) 또는 제2 전극(120)으로부터 적외선 광전변환층(130)으로 전하가 역으로 유입되는 것을 방지하도록 충분한 에너지 장벽을 형성할 수 있어서 암전류(dark current)를 억제할 수 있다.
적외선 광전변환층(130)은 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b) 외에, 제3 물질(130c)을 더 포함한다. 제3 물질(130c)은 제1 물질(130a) 및 제2 물질(130b)과 각각 다른 물질일 수 있으며, 적외선 광전변환층(130)의 물성을 개질할 수 있는 도펀트(dopant)일 수 있다.
제3 물질(130c)은 유기물일 수 있으며, 예컨대 비폴리머 물질일 수 있으며, 예컨대 증착성 유기 화합물일 수 있다. 일 예로, 적외선 광전변환층(130)은 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)의 공증착 박막일 수 있으며, 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)의 혼합막일 수 있다.
제3 물질(130c)은 예컨대 가시광선 비흡광 물질일 수 있으며, 예컨대 약 380nm 이상 750nm 미만의 가시광선 파장 영역의 광을 실질적으로 흡수하지 않을 수 있다. 제3 물질(130c)은 예컨대 전하 수송 물질일 수 있으며, 예컨대 정공 수송 물질 또는 전자 수송 물질일 수 있다.
제3 물질(130c)은 제1 물질(130a) 및 제2 물질(130b)과 각각 서로 다른 전기적 특성을 가질 수 있으며, 예컨대 제3 물질(130c)의 에너지 다이어그램은 제1 물질(130a)의 에너지 다이어그램 및 제2 물질(130b)의 에너지 다이어그램과 각각 다를 수 있다.
일 예로, 제3 물질(130c)의 에너지 밴드갭은 제1 물질(130a) 및 제2 물질(130b)의 에너지 밴드갭보다 각각 넓을 수 있다.
제3 물질(130c)의 에너지 밴드갭은 제1 물질(130a)의 에너지 밴드갭보다 예컨대 약 1.0eV 이상 더 넓을 수 있고, 상기 범위 내에서 약 1.2eV 이상, 약 1.5eV 이상 또는 약 1.7eV 이상 더 넓을 수 있으며, 예컨대 약 1.0eV 내지 5.0eV, 약 1.2eV 내지 5.0eV, 약 1.5eV 내지 5.0eV, 약 1.7eV 내지 5.0eV, 약 1.0eV 내지 4.5eV, 약 1.2eV 내지 4.5eV, 약 1.5eV 내지 4.5eV, 약 1.7eV 내지 4.5eV, 약 1.0eV 내지 4.0eV, 약 1.2eV 내지 4.0eV, 약 1.5eV 내지 4.0eV, 약 1.7eV 내지 4.0eV, 약 1.0eV 내지 3.5eV, 약 1.2eV 내지 3.5eV, 약 1.5eV 내지 3.5eV 또는 약 1.7eV 내지 3.5eV 더 넓을 수 있다.
제3 물질(130c)의 에너지 밴드갭은 제2 물질(130b)의 에너지 밴드갭보다 약 0.5eV 이상 더 넓을 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.7eV 이상, 약 0.9eV 이상 또는 약 1.1eV 이상 더 넓을 수 있으며, 예컨대 약 0.5eV 내지 3.0eV, 약 0.7eV 내지 3.0eV, 약 0.9eV 내지 3.0eV, 약 1.1eV 내지 3.0eV, 약 0.5eV 내지 2.5eV, 약 0.7eV 내지 2.5eV, 약 0.9eV 내지 2.5eV, 약 1.1eV 내지 2.5eV, 약 0.5eV 내지 2.0eV, 약 0.7eV 내지 2.0eV, 약 0.9eV 내지 2.0eV 또는 약 1.1eV 내지 2.0eV 더 넓을 수 있다.
제3 물질(130c)의 에너지 밴드갭은 예컨대 약 2.8eV 이상일 수 있고, 상기 범위 내에서 약 2.8eV 내지 4.0eV, 약 2.8eV 내지 3.8eV 또는 약 2.8eV 내지 3.5eV 일 수 있다.
일 예로, 제3 물질(130c)의 HOMO 에너지 준위는 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위와 같거나 그 차이가 크지 않을 수 있으며, 예컨대 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위와 제3 물질(130c)의 HOMO 에너지 준위의 차이는 약 1.0eV 미만일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 0.9eV 이하, 약 0.7eV 이하, 약 0.5eV 이하, 약 0.3eV 이하, 약 0.2eV 이하 또는 약 0.1eV 이하일 수 있다. 예컨대 제3 물질(130c)의 HOMO 에너지 준위는 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위와 같거나 그보다 0 초과 약 1.0eV 미만의 범위 내에서 더 깊을 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.001 내지 0.9eV, 약 0.001 내지 0.7eV, 약 0.001 내지 0.5eV, 약 0.001 내지 0.3eV, 약 0.001 내지 0.2eV 또는 약 0.001 내지 0.1eV의 범위 내에서 더 깊을 수 있다. 예컨대 제3 물질(130c)의 HOMO 에너지 준위는 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위와 같거나 그보다 0 초과 약 1.0eV 미만의 범위 내에서 더 얕을 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.001 내지 0.9eV, 약 0.001 내지 0.7eV, 약 0.001 내지 0.5eV, 약 0.001 내지 0.3eV, 약 0.001 내지 0.2eV 또는 약 0.001 내지 0.1eV의 범위 내에서 더 얕을 수 있다.
이러한 전기적 특성을 가진 제3 물질(130c)은 적외선 광전변환층(130) 내에서 제1 물질(130a) 및 제2 물질(130b)과 각각 혼합되어 있을 수 있으며, 전술한 바와 같이 서로 다른 전기적 특성을 가진 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)의 혼합물을 포함한 적외선 광전변환층(130)은 제3 물질(130c) 없이 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)의 혼합물을 포함한 적외선 광전변환층과 다른 물성을 가질 수 있다.
일 예로, 적외선 광전변환층(130)은 제1 물질(130a) 및/또는 제2 물질(130b)의 분자들의 정렬(arrangement), 배향(alignment) 및/또는 스태킹(stacking)과 같은 분자들 자체의 구조(conformation)에 의해 의도적으로 또는 비의도적으로 형성된 다수의 전하 트랩 사이트(charge carrier trapping sites)를 포함할 수 있다. 예컨대 적외선 광전변환층(130)의 전하 트랩 사이트의 대부분은 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위와 LUMO 에너지 준위 사이에 분포될 수 있으며, 예컨대 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위와 제1 물질(130a)의 에너지 밴드갭의 중간(middle) 사이에 주로 분포될 수 있으며, 예컨대 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위와 제1 물질(130a)의 에너지 밴드갭의 중간 사이에서 에너지 밴드갭의 중간에 더 가까운 위치에 주로 분포될 수 있다(소위, "deep hole-trap"이라 한다). 특정 이론에 구속됨은 아니지만, 제3 물질(130c)은 이러한 전하 트랩 사이트 중 적어도 일부를 채울 수 있고 이에 따라 적외선 광전변환층(130) 내의 전하 트랩 사이트의 밀도를 낮춤으로써 적외선 광전변환층(130) 내의 전하 트랩 사이트에 의해 발생할 수 있는 암전류(dark current)를 효과적으로 제어할 수 있다.
일 예로, 제3 물질(130c)은 적외선 광전변환층(130)의 흡수 스펙트럼 및/또는 EQE 스펙트럼을 변화시킬 수 있으며, 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)로 이루어진 적외선 광전변환층(130)의 흡수 스펙트럼 및/또는 EQE 스펙트럼은 제3 물질(130c) 없이 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)로 이루어진 적외선 광전변환층의 흡수 스펙트럼 및/또는 EQE 스펙트럼과 비교하여 장파장 영역으로 이동될 수 있다. 예컨대 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)로 이루어진 적외선 광전변환층(130)의 최대흡수파장(최대 EQE 파장)은 제3 물질(130c) 없이 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)로 이루어진 적외선 광전변환층(130)의 최대흡수파장(최대 EQE 파장)보다 장파장일 수 있다. 예컨대 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)로 이루어진 적외선 광전변환층(130)의 최대흡수파장(최대 EQE 파장)은 제3 물질(130c) 없이 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)로 이루어진 적외선 광전변환층(130)의 최대흡수파장(최대 EQE 파장)보다 약 30nm 이상 장파장일 수 있고, 예컨대 약 40nm 이상, 약 50nm 이상, 약 60nm 이상, 약 70nm 이상, 약 30nm 내지 300nm, 약 40nm 내지 300nm, 약 50nm 내지 300nm, 약 60nm 내지 300nm, 약 70nm 내지 300nm, 약 30nm 내지 200nm, 약 40nm 내지 200nm, 약 50nm 내지 200nm, 약 60nm 내지 200nm, 약 70nm 내지 200nm, 약 30nm 내지 180nm, 약 40nm 내지 180nm, 약 50nm 내지 180nm, 약 60nm 내지 180nm, 약 70nm 내지 180nm, 약 30nm 내지 160nm, 약 40nm 내지 160nm, 약 50nm 내지 160nm, 약 60nm 내지 160nm, 약 70nm 내지 160nm, 약 30nm 내지 140nm, 약 40nm 내지 140nm, 약 50nm 내지 140nm, 약 60nm 내지 140nm, 약 70nm 내지 140nm, 약 30nm 내지 120nm, 약 40nm 내지 120nm, 약 50nm 내지 120nm, 약 60nm 내지 120nm 또는 약 70nm 내지 120nm 만큼 장파장일 수 있다.
일 예로, 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)로 이루어진 적외선 광전변환층(130)의 흡수 스펙트럼은 제1 물질(130a)(제1 물질(130a)로 이루어진 박막)의 흡수 스펙트럼 또는 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)의 혼합물(제3 물질(130c) 없이 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)로 이루어진 박막)의 흡수 스펙트럼과 비교하여 장파장 영역으로 이동될 수 있으며, 예컨대 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)로 이루어진 적외선 광전변환층(130)의 최대흡수파장은 제1 물질(130a)(제1 물질(130a)로 이루어진 박막) 또는 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)의 혼합물(제3 물질(130c) 없이 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)로 이루어진 박막)의 최대흡수파장보다 장파장일 수 있다. 예컨대 적외선 광전변환층(130)의 최대흡수파장은 제1 물질(130a)(제1 물질(130a)로 이루어진 박막) 또는 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)의 혼합물(제3 물질(130c) 없이 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)로 이루어진 박막)의 최대흡수파장보다 약 30nm 이상 장파장일 수 있고, 예컨대 약 40nm 이상, 약 50nm 이상, 약 60nm 이상, 약 70nm 이상, 약 30nm 내지 500nm, 약 40nm 내지 500nm, 약 50nm 내지 500nm, 약 60nm 내지 500nm, 약 70nm 내지 500nm, 약 30nm 내지 450nm, 약 40nm 내지 450nm, 약 50nm 내지 450nm, 약 60nm 내지 450nm, 약 70nm 내지 450nm, 약 30nm 내지 400nm, 약 40nm 내지 400nm, 약 50nm 내지 400nm, 약 60nm 내지 400nm, 약 70nm 내지 400nm, 약 30nm 내지 380nm, 약 40nm 내지 380nm, 약 50nm 내지 380nm, 약 60nm 내지 380nm, 약 70nm 내지 380nm, 약 30nm 내지 360nm, 약 40nm 내지 360nm, 약 50nm 내지 360nm, 약 60nm 내지 360nm, 약 70nm 내지 360nm, 약 30nm 내지 300nm, 약 40nm 내지 300nm, 약 50nm 내지 300nm, 약 60nm 내지 300nm, 약 70nm 내지 300nm, 약 30nm 내지 280nm, 약 40nm 내지 280nm, 약 50nm 내지 280nm, 약 60nm 내지 280nm 또는 약 70nm 내지 280nm 만큼 장파장일 수 있다.
예컨대 적외선 광전변환층(130) 내에 제3 물질(130c)의 함량이 높아질수록 적외선 광전변환층(130)의 최대흡수파장(최대 EQE 파장)은 더욱 장파장 방향으로 이동할 수 있다. 예컨대 제3 물질(130c)의 함량이 적외선 광전변환층(130)의 총 부피에 대하여 약 10부피% 이하로 포함될 때, 적외선 광전변환층(130)의 최대흡수파장(최대 EQE 파장)은 제1 물질(130a)(제1 물질(130a)로 이루어진 박막) 또는 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)의 혼합물(제3 물질(130c) 없이 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)로 이루어진 박막)의 최대흡수파장보다 약 30nm 내지 70nm 장파장 방향으로 이동될 수 있다. 예컨대 제3 물질(130c)의 함량이 적외선 광전변환층(130)의 총 부피에 대하여 약 10부피% 초과 20부피% 이하로 포함될 때, 적외선 광전변환층(130)의 최대흡수파장(최대 EQE 파장)은 제1 물질(130a)(제1 물질(130a)로 이루어진 박막) 또는 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)의 혼합물(제3 물질(130c) 없이 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)로 이루어진 박막)의 최대흡수파장보다 약 40nm 내지 200nm 장파장 방향으로 이동될 수 있다. 예컨대 제3 물질(130c)의 함량이 적외선 광전변환층(130)의 총 부피에 대하여 약 20부피% 초과 40부피% 이하로 포함될 때, 적외선 광전변환층(130)의 최대흡수파장(최대 EQE 파장)은 제1 물질(130a)(제1 물질(130a)로 이루어진 박막) 또는 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)의 혼합물(제3 물질(130c) 없이 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b)로 이루어진 박막)의 최대흡수파장보다 약 50nm 내지 300nm 장파장 방향으로 이동될 수 있다.
일 예로, 적외선 광전변환층(130)의 최대흡수파장(최대 EQE 파장)은 예컨대 약 800nm 초과 3000nm 이하에 속할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 800nm 내지 2500nm, 약 800nm 내지 2300nm, 약 800nm 내지 2000nm, 약 800nm 내지 1800nm, 약 800nm 내지 1500nm, 약 800nm 내지 1300nm, 약 800nm 내지 1200nm, 약 800nm 내지 1100nm, 약 850nm 내지 3000nm, 약 850nm 내지 2500nm, 약 850nm 내지 2300nm, 약 850nm 내지 2000nm, 약 850nm 내지 1800nm, 약 850nm 내지 1500nm, 약 850nm 내지 1300nm, 약 850nm 내지 1200nm 또는 약 850nm 내지 1100nm에 속할 수 있다.
제3 물질(130c)은 전술한 적외선 광전변환층(130)의 전기적 특성 및 광학 스펙트럼(EQE 스펙트럼)을 변화시킬 수 있는 물질이면 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 유기물일 수 있고 예컨대 비폴리머 물질일 수 있다.
제3 물질(130c)은 예컨대 평면형 코어를 가진 유기 화합물일 수 있고 예컨대 적어도 하나의 아릴아민기를 가진 평면형 유기 화합물일 수 있다.
예컨대 제3 물질(130c)은 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00010
상기 화학식 1에서,
L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 이들의 조합일 수 있고,
Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기일 수 있고,
Ar1과 Ar2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
Ar3과 Ar4는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합일 수 있고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 둘이 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
m은 0 내지 2의 정수이다.
일 예로, L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프틸렌기, 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 예로, m이 0일 때, L1 및 L2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프틸렌기, 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 예로, Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 예로, Ar1과 Ar2는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
일 예로, Ar3과 Ar4는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
일 예로, R1과 R2는 각각 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있으며, 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
예컨대 제3 물질(130c)은 하기 화학식 1-1 내지 1-8 중 어느 하나로 표현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1-1] [화학식 1-2]
Figure pat00011
Figure pat00012
[화학식 1-3] [화학식 1-4]
Figure pat00013
Figure pat00014
[화학식 1-5] [화학식 1-6]
Figure pat00015
Figure pat00016
[화학식 1-7] [화학식 1-8]
Figure pat00017
Figure pat00018
상기 화학식 1-1 내지 1-8에서,
R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합일 수 있고,
R1 내지 R22는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 둘이 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
m은 1 또는 2일 수 있다.
제3 물질(130c)은 제1 물질(130a) 및 제2 물질(130b)의 분자의 안정성 및 적외선 광전변환층(130)에서 요구되는 다른 물성에 영향을 미치지 않는 함량 범위 내에서 포함될 수 있으며, 예컨대 제2 물질(130b)보다 적게 포함될 수 있다. 예컨대 제3 물질(130c)은 적외선 광전변환층(130)의 총 부피에 대하여 약 40부피% 이하로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 1 내지 40부피%, 약 5 내지 40부피%, 약 5 내지 35부피%, 약 5 내지 30부피%, 약 5 내지 25부피%, 약 7 내지 40부피%, 약 7 내지 35부피%, 약 7 내지 30부피%, 약 7 내지 25부피%, 약 8 내지 40부피%, 약 8 내지 35부피%, 약 8 내지 30부피%, 약 8 내지 25부피%, 약 10 내지 40부피%, 약 10 내지 35부피%, 약 10 내지 30부피%, 약 10 내지 25부피%, 약 15 내지 40부피%, 약 15 내지 35부피%, 약 15 내지 30부피% 또는 약 15 내지 25부피%로 포함될 수 있다.
적외선 광전변환층(130)은 전술한 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)이 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 형태로 혼합된 진성층(intrinsic layer)일 수 있다.
적외선 광전변환층(130)는 전술한 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)로 이루어진 삼성분계(ternary system)일 수 있다.
적외선 광전변환층(130)의 두께는 약 100nm 내지 700nm일 수 있고 상기 범위 내에서 약 120nm 내지 600nm, 약 150nm 내지 500nm, 약 200nm 내지 500nm 또는 약 230nm 내지 500nm일 수 있다.
적외선 센서(100)는 제1 전극(110) 또는 제2 전극(120)의 일면에 위치하는 반사방지층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 반사방지층은 광이 입사되는 측에 배치되어 입사 광의 반사도를 낮춤으로써 광 흡수도를 더욱 개선할 수 있다. 예컨대 제1 전극(110) 측으로 광이 입사되는 경우 반사방지층은 제1 전극(110)의 일면에 위치할 수 있고 제2 전극(120) 측으로 광이 입사되는 경우 반사방지층은 제2 전극(120)의 일면에 위치할 수 있다.
반사방지층은 예컨대 약 1.6 내지 2.5의 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대 상기 범위의 굴절률을 가지는 금속 산화물, 금속 황화물 및 유기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반사방지층은 예컨대 알루미늄 함유 산화물, 몰리브덴 함유 산화물, 텅스텐 함유 산화물, 바나듐 함유 산화물, 레늄 함유 산화물, 니오븀 함유 산화물, 탄탈륨 함유 산화물, 티타늄 함유 산화물, 니켈 함유 산화물, 구리 함유 산화물, 코발트 함유 산화물, 망간 함유 산화물, 크롬 함유 산화물, 텔러륨 함유 산화물 또는 이들의 조합과 같은 금속 산화물; 아연설파이드와 같은 금속 황화물; 또는 아민 유도체와 같은 유기물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 중 어느 하나가 투명 전극 또는 반투과 전극이고 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 중 다른 하나가 반사 전극일 때, 적외선 센서(100)는 미세 공진 구조(microcavity structure)를 형성할 수 있다. 미세 공진 구조에 의해 입사 광은 소정의 광로 길이(optical length) 만큼 떨어져 있는 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에서 반복적으로 반사되어 소정 파장 스펙트럼의 광을 강화시킬 수 있다. 여기서 광로 길이는 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이의 간격일 수 있으며, 예컨대 적외선 광전변환층(130)의 두께일 수 있다. 일 예로, 입사 광 중 소정 파장 스펙트럼의 광은 반사 전극과 투명 전극 또는 반투과 전극 사이를 반복적으로 반사되어 개질될 수 있고 개질된 광 중 미세 공진의 공명 파장(resonance wavelength)에 해당하는 파장 스펙트럼의 광은 강화되어 좁은 파장 영역에서 증폭된 광전변환 특성을 나타낼 수 있다. 미세 공진의 공명 파장은 전술한 적외선 광전변환층(130)의 흡수 스펙트럼에 속할 수 있으며, 예컨대 약 800nm 내지 3000nm에 속할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 800nm 내지 2500nm, 약 800nm 내지 2300nm, 약 800nm 내지 2000nm, 약 800nm 내지 1800nm, 약 800nm 내지 1500nm, 약 800nm 내지 1300nm, 약 800nm 내지 1200nm, 약 800nm 내지 1100nm, 약 850nm 내지 3000nm, 약 850nm 내지 2500nm, 약 850nm 내지 2300nm, 약 850nm 내지 2000nm, 약 850nm 내지 1800nm, 약 850nm 내지 1500nm, 약 850nm 내지 1300nm, 약 850nm 내지 1200nm 또는 약 850nm 내지 1100nm에 속할 수 있다
적외선 센서(100)는 제1 전극(110) 또는 제2 전극(120) 측으로부터 빛이 입사되어 적외선 광전변환층(130)이 소정 파장 영역의 빛을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있다. 엑시톤은 적외선 광전변환층(130)에서 정공과 전자로 분리되고, 분리된 정공은 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 중 하나인 애노드로 이동하고 분리된 전자는 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 중 다른 하나인 캐소드로 이동하여 전류가 흐를 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 적외선 광전변환층(130)은 pn접합을 형성하는 제1 물질(130a)과 제2 물질(130b) 외에 제3 물질(130c)을 더 포함함으로써 적외선 광전변환층(130)의 물성을 개선시킬 수 있다. 이에 따라 적외선 센서(100)의 광학적 전기적 특성을 개선할 수 있다.
일 예로서, 전술한 바와 같이, 제3 물질(130c)에 의해 적외선 광전변환층(130)에서 전하 트랩 영역의 밀도를 효과적으로 낮춤으로써 적외선 센서(100)의 암전류 특성을 개선할 수 있고 궁극적으로 적외선 센서(100)의 전기적 특성을 개선할 수 있다.
일 예로서, 전술한 바와 같이, 제3 물질(130c)에 의해 적외선 광전변환층(130)의 흡수 스펙트럼을 장파장 영역으로 이동시킴으로써 제1 물질(130a)의 적외선 흡수 특성의 재료적 한계를 극복하고 제1 물질(130a)의 흡수 영역보다 더욱 장파장 영역의 광을 센싱할 수 있는 적외선 센서를 구현할 수 있다.
적외선 센서(100)는 적외선 파장 영역의 광을 센싱하기 위한 다양한 센서에 적용될 수 있으며, 예컨대 이미지 센서의 저조도 환경에서의 감도를 개선하기 위한 센서, 흑백 명암의 상세 구분을 하는 동적 범위(dynamic range)를 넓힘으로써 3차원 이미지의 감지 능력을 높이기 위한 센서 또는 생체 인식 센서에 적용될 수 있으며, 생체 인식 센서는 예컨대 홍채 센서, 거리 센서, 지문 센서 또는 혈관 분포 센서 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 적외선 센서(100)는 예컨대 CMOS 적외선 센서 또는 CMOS 이미지 센서에 적용될 수 있다.
적외선 광전변환층(130)에 적용된 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)의 조합은 조성물로서 다른 분야에 독립적으로 적용될 수 있다. 조성물은 전술한 전기적, 광학적 특성을 가질 수 있다.
이하 또 다른 구현예에 따른 센서를 설명한다.
도 2는 일 구현예에 따른 적외선 센서의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 적외선 센서(100)는 전술한 예와 마찬가지로, 서로 마주하는 제1 전극(110)과 제2 전극(120), 그리고 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 적외선 광전변환층(130)을 포함한다. 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 적외선 광전변환층(130)에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
그러나 본 예에 따른 적외선 센서(100)는 전술한 예와 달리, 제1 전극(110)과 적외선 광전변환층(130) 사이 및/또는 제2 전극(120)과 적외선 광전변환층(130) 사이에 각각 보조층(140, 150)을 더 포함한다. 보조층(140, 150)은 적외선 광전변환층(130)에서 분리된 정공 및/또는 전자의 이동 속도를 조절하는 전하 보조층, 입사되는 광의 흡수를 조절하는 광학 보조층 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 예로, 제1 전극(110)이 애노드이고 제2 전극(120)이 캐소드일 때, 보조층(140)은 정공의 주입을 용이하게 하는 정공 주입층(hole injecting layer, HIL), 정공의 수송을 용이하게 하는 정공 수송층(hole transporting layer, HTL) 및/또는 전자의 이동을 저지하는 전자 차단층(electron blocking layer, EBL)일 수 있고, 보조층(150)은 전자의 주입을 용이하게 하는 전자 주입층(electron injecting layer, EIL), 전자의 수송을 용이하게 하는 전자 수송층(electron transporting layer, ETL) 및/또는 정공의 이동을 저지하는 정공 차단층(hole blocking layer, HBL)일 수 있다.
예컨대 보조층(140)은 정공 수송층 및/또는 전자 차단층일 수 있으며, 넓은 에너지 밴드갭을 가진 제4 물질을 포함할 수 있다.
제4 물질의 에너지 밴드갭은 적외선 광전변환층(130)에 포함된 제1 물질(130a) 및 제2 물질(130b)의 에너지 밴드갭보다 넓을 수 있다. 예컨대 제4 물질의 에너지 밴드갭은 제1 물질(130a)의 에너지 밴드갭보다 약 1.0eV 이상 더 넓을 수 있고, 상기 범위 내에서 약 1.2eV 이상, 약 1.5eV 이상 또는 약 1.7eV 이상 더 넓을 수 있으며, 예컨대 약 1.0eV 내지 5.0eV, 약 1.2eV 내지 5.0eV, 약 1.5eV 내지 5.0eV, 약 1.7eV 내지 5.0eV, 약 1.0eV 내지 4.5eV, 약 1.2eV 내지 4.5eV, 약 1.5eV 내지 4.5eV, 약 1.7eV 내지 4.5eV, 약 1.0eV 내지 4.0eV, 약 1.2eV 내지 4.0eV, 약 1.5eV 내지 4.0eV, 약 1.7eV 내지 4.0eV, 약 1.0eV 내지 3.5eV, 약 1.2eV 내지 3.5eV, 약 1.5eV 내지 3.5eV 또는 약 1.7eV 내지 3.5eV 더 넓을 수 있다. 예컨대 제4 물질의 에너지 밴드갭은 제2 물질(130b)의 에너지 밴드갭보다 약 0.5eV 이상 더 넓을 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.7eV 이상, 약 0.9eV 이상 또는 약 1.1eV 이상 더 넓을 수 있으며, 예컨대 약 0.5eV 내지 3.0eV, 약 0.7eV 내지 3.0eV, 약 0.9eV 내지 3.0eV, 약 1.1eV 내지 3.0eV, 약 0.5eV 내지 2.5eV, 약 0.7eV 내지 2.5eV, 약 0.9eV 내지 2.5eV, 약 1.1eV 내지 2.5eV, 약 0.5eV 내지 2.0eV, 약 0.7eV 내지 2.0eV, 약 0.9eV 내지 2.0eV 또는 약 1.1eV 내지 2.0eV 더 넓을 수 있다. 제4 물질의 에너지 밴드갭은 예컨대 약 2.8eV 이상일 수 있고, 상기 범위 내에서 약 2.8eV 내지 4.0eV, 약 2.8eV 내지 3.8eV 또는 약 2.8eV 내지 3.5eV 일 수 있다.
제4 물질의 HOMO 에너지 준위는 제1 전극(110)의 일 함수와 적외선 광전변환층(130)의 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위의 사이에 위치할 수 있으며, 예컨대 제1 전극(110)의 일 함수, 제4 물질의 HOMO 에너지 준위 및 적외선 광전변환층(130)의 제1 물질(130a)의 HOMO 에너지 준위는 계단형일 수 있다. 예컨대 제4 물질의 HOMO 에너지 준위는 약 4.8eV 내지 5.4eV 일 수 있고, 상기 범위 내에서 약 4.9eV 내지 5.4eV 또는 약 5.0eV 내지 5.4eV 일 수 있다. 보조층(140)은 이러한 전기적 특성을 가진 제4 물질을 포함함으로써 적외선 광전변환층(130)으로부터 제1 전극(110)으로 정공을 효과적으로 수송 또는 추출하는 동시에 역바이어스 인가시 제1 전극(110)으로부터 적외선 광전변환층(130)으로 전자가 역으로 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
제4 물질은 전술한 제3 물질(130c)과 같거나 다를 수 있다.
일 예로, 제1 전극(110)이 캐소드이고 제2 전극(120)이 애노드일 때, 보조층(140)은 전자의 주입을 용이하게 하는 전자 주입층(EIL), 전자의 수송을 용이하게 하는 전자 수송층(ETL) 및/또는 정공의 이동을 저지하는 정공 차단층(HBL)일 수 있고, 보조층(150)은 정공의 주입을 용이하게 하는 정공 주입층(HIL), 정공의 수송을 용이하게 하는 정공 수송층(HTL) 및/또는 전자의 이동을 저지하는 전자 차단층(EBL)일 수 있다.
일 예로, 보조층(140, 150) 중 적어도 하나는 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예컨대 보조층(140)은 제3 물질(130c)을 포함할 수 있다. 예컨대 보조층(150)은 제2 물질(130b)을 포함할 수 있다.
보조층(140, 150) 중 어느 하나는 생략될 수 있다.
도 3은 일 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
일 구현예에 따른 센서(300)는 반도체 기판(40), 절연층(80) 및 적외선 센서(100)를 포함한다.
반도체 기판(40)은 실리콘 기판일 수 있으며, 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 전하 저장소(55)는 각 화소마다 집적되어 있을 수 있다. 전하 저장소(55)는 적외선 센서(100)와 전기적으로 연결되어 있고 전하 저장소(55)의 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다.
반도체 기판(40) 위에는 또한 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 금속 배선 및 패드는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 반도체 기판(40)의 하부에 위치할 수도 있다.
금속 배선 및 패드 위에는 절연층(80)이 형성되어 있다. 절연층(80)은 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다. 절연층(80)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치(85)를 가진다. 트렌치는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
절연층(80) 위에는 전술한 적외선 센서(100)가 형성되어 있다. 적외선 센서(100)는 전술한 바와 같이 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 적외선 광전변환층(130)을 포함하고, 선택적으로 전하보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 적외선 광전변환층(130)에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
제2 전극(120)은 광이 유입되는 입사 전극일 수 있으며, 제2 전극(120) 측으로부터 입사된 광 중 적외선 파장 영역의 광은 적외선 광전변환층(130)에 의해 효과적으로 흡수되어 광전변환될 수 있고, 전술한 바와 같이 적외선 광전변환층(130)의 제1 물질(130a), 제2 물질(130b) 및 제3 물질(130c)의 조합에 의해 역바이어스 전압 하에서 암전류를 효과적으로 억제하여 양호한 광전변환 특성을 나타낼 수 있다.
도 3에서는 도 1의 적외선 센서(100)를 포함한 예를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 도 2의 적외선 센서(100)를 포함할 수 있다.
적외선 센서(100) 위에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
본 구현예에 따른 센서는 기능이 다른 복수의 센서를 포함할 수 있다. 일 예로, 기능이 다른 복수의 센서 중 적어도 하나는 생체 인식 센서일 수 있으며, 생체 인식 센서는 예컨대 홍채 센서, 거리 센서, 지문 센서 또는 혈관 분포 센서 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기능이 다른 복수의 센서 중 하나는 홍채 센서일 수 있고 다른 하나는 거리 센서일 수 있다.
일 예로, 복수의 센서는 예컨대 적외선 파장 영역 내에서 제1 파장(λ1)을 가진 적외선 영역의 광을 감지하는 제1 적외광 센서와 적외선 파장 영역 내에서 제2 파장(λ2)을 가진 적외광을 감지하는 제2 적외광 센서를 포함할 수 있다.
제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)은 예컨대 약 700nm 초과 3000nm 이하의 파장 영역 내에서 서로 다를 수 있으며, 예컨대 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)의 차이는 약 30nm 이상일 수 있고 상기 범위 내에서 약 50nm 이상일 수 있고 약 70nm 이상일 수 있고 약 80nm 이상일 수 있고 약 90nm 이상일 수 있다.
일 예로, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 하나는 약 750nm 내지 1100nm의 파장 영역에 속할 수 있고, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 다른 하나는 약 800nm 내지 1500nm의 파장 영역에 속할 수 있다.
본 구현예에 따른 센서(400)는 광 필터(250); 상부 적외선 센서(100); 절연층(80); 및 하부 적외선 센서(180)가 집적된 반도체 기판(40)을 포함한다. 상부 적외선 센서(100)와 하부 적외선 센서(180)는 적층되어 있다.
광 필터(250)는 센서(400)의 전면(front side)에 위치될 수 있으며, 제1 파장(λ1)을 포함한 적외선 및 제2 파장(λ2)을 포함한 적외선을 선택적으로 투과하고 그 외의 광은 차단 및/또는 흡수시킬 수 있다. 여기서 그 외의 광은 자외선 및 가시광선 영역의 광도 포함될 수 있다.
상부 적외선 센서(100)는 전술한 적외선 센서(100)와 동일할 수 있으며, 구체적인 설명은 생략한다. 도 4에서는 상부 적외선 센서(100)로서 도 1의 적외선 센서(100)를 포함한 예를 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 도 2의 적외선 센서(100)를 포함할 수 있다.
하부 적외선 센서(180)는 반도체 기판(40) 내에 집적되어 있을 수 있으며 광 다이오드(photodiode)일 수 있다. 반도체 기판(40)은 예컨대 실리콘 기판일 수 있으며, 하부 적외선 센서(180), 전하 저장소(55) 및 전송 트랜지스터(도시하지 않음)가 집적되어 있다.
하부 적외선 센서(180)에 유입된 광은 광 필터(250)와 상부 적외선 센서(100)를 통과한 광으로, 제2 파장(λ2)을 포함한 소정 영역의 적외선일 수 있다. 제1 파장(λ1)을 포함하는 소정 영역의 적외선은 상부 적외선 센서(100)의 적외선 광전변환층(130)에서 실질적으로 모두 흡수되어 하부 적외선 센서(180)에 도달하지 않을 수 있다. 이 경우 하부 적외선 센서(180)에 유입되는 광의 파장 선택성을 위한 별도의 필터가 필요하지 않다. 그러나 제1 파장(λ1)을 포함하는 소정 영역의 적외광이 적외선 광전변환층(130)에서 모두 흡수되지 않는 경우를 대비하여 상부 적외선 센서(100)와 하부 적외선 센서(180) 사이에 필터(도시하지 않음)를 추가로 구비할 수도 있다.
본 구현예에 따른 센서는 별개의 기능을 수행하는 두 개의 적외선 센서를 포함함으로써 복합 센서의 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 각 화소에 별개의 기능을 수행하는 두 개의 센서를 적층함으로써 크기는 그대로 유지하되 각 센서의 기능을 수행할 수 있는 화소의 개수를 2배로 늘려 감도를 크게 개선할 수 있다.
도 5는 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 5를 참고하면, 본 구현예에 따른 센서(500)는 적외선 센서(100), 가시광 센서(200) 및 광 필터(250)를 포함한다.
적외선 센서(100)는 전술한 구현예와 마찬가지로 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 적외선 광전변환층(130)을 포함하며, 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
가시광 센서(200)는 가시광선 파장 영역의 광을 센싱하는 센서이며, 반도체 기판(40)에 집적된 광 다이오드일 수 있다. 가시광 센서(200)는 반도체 기판(40) 내에 집적되어 있을 수 있으며 청색 파장 영역의 광을 감지하는 청색 센서(200a), 녹색 파장 영역의 광을 감지하는 녹색 센서(200b) 및 적색 파장 영역의 광을 감지하는 적색 센서(200c)를 포함한다. 청색 센서(200a)는 청색 화소에 집적되어 있을 수 있고 녹색 센서(200b)는 녹색 화소에 집적되어 있을 수 있고 적색 센서(200c)는 적색 화소에 집적되어 있을 수 있다. 도면에서는 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 적색 센서(200c)가 반도체 기판(40)의 표면으로부터 동일한 깊이에 위치하는 것을 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고 각각 다른 깊이에 위치될 수도 있다.
반도체 기판(40)은 예컨대 실리콘 기판일 수 있으며, 가시광 센서(200), 전하 저장소(55) 및 전송 트랜지스터(도시하지 않음)가 집적되어 있다. 가시광 센서(200)는 광 필터(250), 적외선 센서(100) 및 색 필터 층(70)을 통과한 가시광선 파장 영역의 광을 센싱할 수 있고 센싱된 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다. 전하 저장소(55)는 적외선 센서(100)와 전기적으로 연결되어 있다.
반도체 기판(40) 위에는 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 금속 배선 및 패드는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 또는 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 적색 센서(200c)의 하부에 위치할 수도 있다.
반도체 기판(40) 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60)은 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다.
하부 절연층(60) 위에는 색 필터 층(70)이 형성되어 있다. 색 필터 층(70)은 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키는 청색 필터(70a), 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키는 녹색 필터(70b) 및 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키는 적색 필터(70c)를 포함할 수 있다. 청색 필터(70a), 녹색 필터(70b) 및 적색 필터(70c)는 각각 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 청색 센서(200c)에 각각 중첩하게 위치한다. 청색 필터(70a)는 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키고 녹색 필터(70b)는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키고 적색 필터(70c)는 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 투과된 청색 파장 영역의 광은 청색 센서(200a)로 유입될 수 있고 투과된 녹색 파장 영역의 광은 녹색 센서(200b)로 유입될 수 있고 투과된 적색 파장 영역의 광은 적색 센서(200c)에 유입될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 청색 필터(70a), 녹색 필터(70b) 및 적색 필터(70c) 중 적어도 하나는 옐로우 필터, 시안 필터 또는 마젠타 필터로 대체될 수도 있다. 여기서는 색 필터 층(70)이 적외선 센서(100)와 가시광 센서(200) 사이에 배치된 구조를 예시하였지만, 이에 한정되지 않고 적외선 센서(100) 상부에 배치될 수도 있다.
색 필터 층(70) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 상부 절연층(80)은 예컨대 평탄화층일 수 있다. 하부 절연층(60) 및 상부 절연층(80)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치(85)를 가질 수 있다. 트렌치(85)는 충전재로 채워져 있을 수 있다. 하부 절연층(60) 및 상부 절연층(80) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
광 필터(250)는 가시광 센서(200)와 적외선 센서(100)의 상부에 위치하며, 가시광 센서(200)와 적외선 센서(100)의 전면(whole surface)에 위치한다. 광 필터(250)는 가시광 센서(200)에서 센싱될 파장과 적외선 센서(100)에서 센싱될 파장을 포함한 소정의 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키고 그 외의 광을 반사 또는 흡수에 의해 차단시킬 수 있다.
광 필터(250)의 상부 또는 하부에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
본 구현예에 따른 센서(600)는 전술한 구현예와 마찬가지로 적외선 센서(100), 가시광 센서(200) 및 광 필터(250)를 포함한다.
적외선 센서(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 그리고 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 적외선 광전변환층(130)을 포함하며, 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
가시광 센서(200)는 반도체 기판(40)에 집적된 광 다이오드와 반도체 기판(40) 위에 위치한 광전변환소자의 조합일 수 있다.
반도체 기판(40)에는 청색 센서(200a), 적색 센서(200b), 전하 저장소(55, 240) 및 전송 트랜지스터(도시하지 않음)가 집적되어 있다. 청색 센서(200a)와 적색 센서(200b)는 광 다이오드이며 반도체 기판(40)의 수평 방향으로 이격되어 배치되어 있다. 청색 센서(200a)는 청색 화소에 집적되어 있고 적색 센서(200b)는 적색 화소에 집적되어 있다. 도면에서는 청색 센서(200a)와 적색 센서(200b)가 반도체 기판(40)의 표면으로부터 동일한 깊이에 위치하는 것을 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고 각각 다른 깊이에 위치될 수도 있다.
반도체 기판(40) 위에는 하부 절연층(60) 및 색 필터 층(70)이 형성되어 있다. 색 필터 층(70)은 청색 센서(200a)와 중첩하는 청색 필터(70a)와 적색 센서(200c)와 중첩하는 적색 필터(70c)를 포함한다.
색 필터 층(70) 위에는 중간 절연층(65)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60)과 중간 절연층(65)은 전하 저장소(55, 240)를 드러내는 트렌치(85, 87)를 가질 수 있다. 트렌치(85, 87)는 충전재로 채워져 있을 수 있다. 하부 절연층(60) 및 중간 절연층(65) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
중간 절연층(65) 위에는 녹색 센서(200b)가 형성되어 있다. 녹색 센서(200b)는 광전변환소자일 수 있으며 전면(whole surface)에 형성되어 있을 수 있다. 녹색 센서(200b)는 서로 마주하는 하부 전극(210b)과 상부 전극(220b), 그리고 하부 전극(210b)과 상부 전극(220b) 사이에 위치하는 녹색 광전변환층(230b)을 포함한다. 하부 전극(210b)과 상부 전극(220b) 중 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드이다.
하부 전극(210b)과 상부 전극(220b)은 모두 투광 전극일 수 있으며, 투광 전극은 예컨대 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO)와 같은 투명 도전체로 만들어지거나 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 금속 박막 또는 금속 산화물이 도핑된 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 단일 층 또는 복수 층의 금속 박막일 수 있다.
녹색 광전변환층(230b)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있으며 녹색 파장 영역 이외의 파장 영역, 즉 청색 파장 영역 및 적색 파장 영역의 광은 그대로 통과시킬 수 있다. 녹색 광전변환층(230b)은 센서(600)의 전면(whole surface)에 형성될 수 있다. 이에 따라 센서(600)의 전면에서 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하고 광 면적을 늘려 높은 흡광 효율을 가질 수 있다.
녹색 광전변환층(230b)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 엑시톤을 형성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리하고 분리된 정공은 하부 전극(210b)과 상부 전극(220b) 중 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 하부 전극(210b)과 상부 전극(220b) 중 다른 하나인 캐소드 측으로 이동하여 광전변환 효과를 낼 수 있다. 분리된 전자 및/또는 정공은 전하 저장소(240)에 모아질 수 있다.
하부 전극(210b)과 녹색 광전변환층(230b) 사이 및/또는 상부 전극(220b)과 녹색 광전변환층(230b) 사이에는 보조층(도시하지 않음)이 더 포함될 수 있다. 보조층은 전하 보조층, 흡광 보조층 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기에서는 일 예로서, 청색 센서(200a)와 적색 센서(200c)가 광 다이오드이고 녹색 센서(200b)가 광전변환소자인 예를 설명하지만, 이에 한정되지 않고 청색 센서(200a)와 녹색 센서(200b)가 광 다이오드이고 적색 센서(200c)가 광전변환소자일 수도 있고 녹색 센서(200b)와 적색 센서(200c)가 광 다이오드이고 청색 센서(200a)가 광전변환소자일 수도 있다.
녹색 센서(200b) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있고, 상부 절연층(80) 위에는 적외선 센서(100) 및 광 필터(250)가 배치되어 있다. 적외선 센서(100) 및 광 필터(250)는 전술한 바와 같다.
본 구현예에 따른 센서(600)는 적층된 적외선 센서(100)와 가시광 센서(200)를 구비하는 복합 센서이고, 가시광 센서(200) 또한 광 다이오드와 광전변환소자가 적층된 구조를 가짐으로써 센서의 면적을 더욱 줄일 수 있고 이에 따라 센서의 소형화를 구현할 수 있다.
도 7은 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 구현예에 따른 센서(700)는 전술한 구현예와 마찬가지로 적외선 센서(100), 가시광 센서(200) 및 광 필터(250)를 포함한다.
적외선 센서(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 그리고 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 적외선 광전변환층(130)을 포함하며, 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
가시광 센서(200)는 반도체 기판(40)에 집적된 청색 센서(200a)와 적색 센서(200c), 그리고 반도체 기판(40) 위에 위치한 녹색 센서(200b)를 포함하고, 청색 센서(200a)와 적색 센서(200c)는 광 다이오드이고 녹색 센서(200b)는 광전변환소자일 수 있다. 녹색 센서(200b)는 하부 전극(210b), 녹색 광전변환층(230b) 및 상부 전극(220b)을 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 센서(700)에서, 반도체 기판(40)에 집적된 청색 센서(200a)와 적색 센서(200c)는 수직 방향으로 적층되어 있다. 청색 센서(200a)와 적색 센서(200c)는 적층 깊이에 따라 각 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 센싱할 수 있다. 즉 장파장 영역인 적색 광을 흡수하는 적색 센서(200c)가 단파장 영역인 청색 광을 흡수하는 청색 센서(200a)보다 반도체 기판(40)의 표면으로부터 깊게 위치한다. 이와 같이 적층 깊이에 따라 흡수 파장을 분리함으로써 색 필터 층(70)은 생략될 수 있다.
여기에서는 일 예로서, 청색 센서(200a)와 적색 센서(200c)가 광 다이오드이고 녹색 센서(200b)가 광전변환소자인 예를 설명하지만, 이에 한정되지 않고 청색 센서(200a)와 녹색 센서(200b)가 광 다이오드이고 적색 센서(200c)가 광전변환소자일 수도 있고 녹색 센서(200b)와 적색 센서(200c)가 광 다이오드이고 청색 센서(200a)가 광전변환소자일 수도 있다.
본 구현예에 따른 센서(700)는 적층된 적외선 센서(100)와 가시광 센서(200)를 구비한 복합 센서이고, 가시광 센서(200) 또한 적층된 광 다이오드와 광전변환소자를 구비하고, 광 다이오드 또한 적층된 구조를 가짐으로써 센서의 면적을 더욱 줄일 수 있고 이에 따라 센서의 소형화를 구현할 수 있다. 또한 본 구현예에 따른 센서(700)는 별도의 색 필터 층을 포함하지 않음으로써 구조 및 공정을 단순화할 수 있다.
도 8은 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 8을 참고하면, 본 구현예에 따른 센서(800)는 전술한 구현예와 마찬가지로 적외선 센서(100), 가시광 센서(200) 및 광 필터(250)를 포함한다.
적외선 센서(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 그리고 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 적외선 광전변환층(130)을 포함하며, 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
가시광 센서(200)는 반도체 기판(40)에 집적된 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 적색 센서(200c)를 포함한다. 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 적색 센서(200c)는 반도체 기판(40) 내에서 수직 방향으로 적층되어 있다. 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 적색 센서(200c)는 적층 깊이에 따라 흡수 파장을 분리할 수 있으며, 이에 따라 색 필터 층(70)은 생략될 수 있다. 반도체 기판(40)과 적외선 센서(100) 사이에는 절연층(60)이 형성되어 있고 절연층(60)은 트렌치(85)를 가진다. 반도체 기판(40)은 적외선 센서(100)와 연결되어 있는 전하 저장소(55)를 포함한다.
도 9는 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 사시도이고, 도 10은 도 9의 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 9 및 10을 참고하면, 본 구현예에 따른 센서(900)는 반도체 기판(40); 적외선 센서(100); 가시광 센서(200); 절연층(80); 그리고 광 필터(250)를 포함한다. 가시광 센서(200)는 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 적색 센서(200c)를 포함한다.
적외선 센서(100), 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 적색 센서(200c)는 반도체 기판(40) 위에 수평 방향으로 배열될 수 있으며, 각각 반도체 기판(40)에 집적되어 있는 전하 저장소(55, 240a, 240b, 240c)에 연결되어 있을 수 있다.
적외선 센서(100), 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 적색 센서(200c)는 각각 광전변환소자일 수 있다.
적외선 센서(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 그리고 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 적외선 광전변환층(130)을 포함하며, 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
청색 센서(200a)는 하부 전극(210a), 청색 광전변환층(230a) 및 상부 전극(220a)을 포함한다. 녹색 센서(200b)는 하부 전극(210b), 녹색 광전변환층(230b) 및 상부 전극(220b)을 포함한다. 적색 센서(200c)는 하부 전극(210c), 적색 광전변환층(230c) 및 상부 전극(220c)을 포함한다. 청색 광전변환층(230a)은 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 광전변환할 수 있고 녹색 광전변환층(230b)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 광전변환할 수 있고 적색 광전변환층(230c)는 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 광전변환할 수 있다.
도 11은 또 다른 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 사시도이고, 도 12는 도 11의 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 11 및 12를 참고하면, 본 구현예에 따른 센서(1000)는 반도체 기판(40); 적외선 센서(100); 가시광 센서(200); 그리고 광 필터(250)를 포함한다. 가시광 센서(200)는 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 적색 센서(200c)를 포함한다.
적외선 센서(100), 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 적색 센서(200c)는 반도체 기판(40) 위에 수직 방향으로 적층될 수 있으며, 각각 반도체 기판(40)에 집적되어 있는 전하 저장소(55, 240a, 240b, 240c)에 연결되어 있을 수 있다.
적외선 센서(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 그리고 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 적외선 광전변환층(130)을 포함하며, 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
청색 센서(200a)는 하부 전극(210a), 청색 광전변환층(230a) 및 상부 전극(220a)을 포함한다. 녹색 센서(200b)는 하부 전극(210b), 녹색 광전변환층(230b) 및 상부 전극(220b)을 포함한다. 적색 센서(200c)는 하부 전극(210c), 적색 광전변환층(230c) 및 상부 전극(220c)을 포함한다.
반도체 기판(40)과 청색 센서(200a) 사이, 청색 센서(200a)와 녹색 센서(200b) 사이, 녹색 센서(200b)와 적색 센서(200c) 사이 및 적색 센서(200c)와 적외선 센서(100) 사이에는 각각 절연층(80a, 80b, 80c, 80d)이 위치되어 있다.
본 구현예에서는 적외선 센서(100), 청색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 적색 센서(200c)가 차례로 적층된 구조를 예시적으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 적층 순서는 한정됨 없이 다양할 수 있다.
상술한 센서는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있으며, 예컨대 모바일 폰, 디지털 카메라, 컴퓨터, 태블릿 PC, 생체인식 장치 및/또는 자동차 전자부품 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 13은 일 예에 따른 전자 장치의 개략 다이아그램이다.
도 13을 참고하면, 전자 장치(1300)는 버스(bus)(1310)를 통해 전기적으로 연결된 프로세서(1320), 메모리(1330), 센서(1340) 및 표시 장치(1350)를 포함한다. 센서(1340)는 전술한 다양한 센서(100, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000)일 수 있다. 프로세서(1320)는 저장 프로그램을 수행하여 하나 이상의 기능을 수행할 수 있다. 프로세서(1320)는 저장 프로그램을 추가로 수행하여 표시 장치(1350) 위에 이미지를 나타낼 수도 있다. 프로세서(1320)는 출력을 발생시킬 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예
실시예 1-1
Ag 반사판 (Work function: 4.7 eV) 위에 하기 화학식 C-1로 표현되는 화합물(HOMO: 5.08eV, LUMO: 1.98eV)을 증착하여 20 nm 두께의 하부 보조층을 형성한다. 이어서 하부 보조층 위에 하기 화학식 A로 표현되는 주석 나프탈로시아닌 디클로라이드(Sn-naphthalocyanine dichloride)(제1 물질, p형 반도체, λmax,A: 870nm, HOMO: 5.16eV, LUMO: 3.96eV), 하기 화학식 B로 표현되는 C60(제2 물질, n형 반도체, λmax,A: 450nm, HOMO: 6.0eV, LUMO: 4.3eV) 및 하기 화학식 C-1로 표현되는 화합물(제3 물질, HOMO: 5.08eV, LUMO: 1.98eV)이 40:150:20의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 210nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한다. 이어서 적외선 광전변환층 위에 C60을 증착하여 15nm 두께의 상부 보조층을 형성하고 그 위에 은(Ag)을 30nm 두께로 증착하여 상부 전극을 형성하여 적외선 센서를 제조한다.
[화학식 A] [화학식 B] [화학식 C-1]
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
실시예 1-2
제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 40:150:40의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 230nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
실시예 1-3
제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 40:150:60의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 250nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
실시예 2
상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물 대신 하기 화학식 C-2로 표현되는 화합물(HOMO: 5.14eV, LUMO: 2.04eV)을 제3 물질로서 포함하고, 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 40:150:40의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 230nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
[화학식 C-2]
Figure pat00022
실시예 3
상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물 대신 하기 화학식 C-3으로 표현되는 화합물(HOMO: 5.29eV, LUMO: 2.29eV)을 제3 물질로서 포함하고, 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 45:140:35의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 220nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
[화학식 C-3]
Figure pat00023
실시예 4
상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물 대신 하기 화학식 C-4로 표현되는 화합물(HOMO: 4.96eV, LUMO: 1.80eV)을 제3 물질로서 포함하고, 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 45:140:30의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 215nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
[화학식 C-4]
Figure pat00024
실시예 5
상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물 대신 하기 화학식 C-5로 표현되는 화합물을 제3 물질(HOMO: 5.25eV, LUMO: 2.01eV)로서 포함하고, 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 45:140:30의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 215nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
[화학식 C-5]
Figure pat00025
실시예 6
상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물 대신 하기 화학식 C-6로 표현되는 화합물을 제3 물질(HOMO: 5.73eV, LUMO: 2.54eV)로서 포함하고, 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 45:140:30의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 215nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
[화학식 C-6]
Figure pat00026
실시예 7
상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물 대신 하기 화학식 C-7로 표현되는 화합물을 제3 물질(HOMO: 5.41eV, LUMO: 2.49eV)로서 포함하고, 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 45:140:30의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 215nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
[화학식 C-7]
Figure pat00027
실시예 8
상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물 대신 하기 화학식 C-8로 표현되는 화합물을 제3 물질(HOMO: 5.36eV, LUMO: 2.32eV)로서 포함하고, 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 45:140:30의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 215nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
[화학식 C-8]
Figure pat00028
실시예 9
상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물 대신 하기 화학식 C-9로 표현되는 화합물을 제3 물질(HOMO: 6.00eV, LUMO: 2.67eV)로서 포함하고, 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질이 45:140:30의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 215nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
[화학식 C-9]
Figure pat00029
비교예 1
제3 물질 없이 제1 물질과 제2 물질을 40:150의 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 190nm 두께의 적외선 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
평가 I
실시예와 비교예에 따른 적외선 센서의 흡수 스펙트럼 및 EQE 스펙트럼을 평가한다.
적외선 센서의 흡수 스펙트럼 및 EQE 스펙트럼은 자외-가시광 분광기(UV-Visible spectrophotometer)와 입사 광자의 전류 전환 효율 장비(Incident Photon to Current Conversion Efficiency, IPCE)로 각각 평가한다.
그 결과는 표 1과 같다.
λmax, A(nm) λmax, EQE(nm)
실시예 1-1 1150 1150
실시예 1-2 1250 1250
실시예 1-3 1270 1270
실시예 2 1230 1230
실시예 3 1200 1200
실시예 4 1195 1195
실시예 5 1195 1195
실시예 6 1185 1185
실시예 7 1200 1200
실시예 8 1200 1200
실시예 9 1190 1190
비교예 1 1110 1110
*λmax, A: 최대흡수파장
* λmax, EQE: 최대 EQE 파장
표 1을 참고하면, 실시예에 따른 적외선 센서는 비교예에 따른 적외선 센서와 비교하여 흡수 스펙트럼 및 EQE 스펙트럼이 장파장 영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다. 또한 적외선 광전변환층에 포함된 제3 물질의 함량이 높을수록 흡수 스펙트럼 및 EQE 스펙트럼은 더욱 장파장 영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.
평가 II
실시예와 비교예에 따른 적외선 센서에서 제3 물질의 함량에 따른 전하 트랩 사이트의 개수의 변화 및 역바이어스 전압 하에서의 암전류를 확인한다.
전하 트랩 사이트의 개수는 임피던스 분석기(Impedance analyzer)를 사용하여 Capacitance-Voltage 특성을 측정하여 환산한다.
암전류는 전류-전압 평가 장비(Keithley K4200 parameter analyzer)를 사용하여 암전류를 측정한 후 단위 화소 면적(0.04㎠)으로 나눈 암전류 밀도부터 평가하며, 암전류 밀도는 -3V 역바이어스 인가시 흐르는 전류로부터 평가한다.
그 결과는 표 2와 같다.
전하트랩 개수(1016cm-3ev-1) 암전류밀도(h/s/㎛2)
실시예 1-1 31 1.2 x 105
실시예 1-2 5.6 5.2 x 104
실시예 1-3 6.2 4.4 x 104
실시예 2 47 1.5 x 105
실시예 3 49 7.7 x 104
실시예 4 - 9.7 x 104
실시예 5 - 9.3 x 104
실시예 6 - 8.3 x 104
실시예 7 - 1.2 x 105
실시예 8 - 1.2 x 105
비교예 1 466 3.3 x 105
표 2를 참고하면, 실시예에 따른 적외선 센서는 비교예에 따른 적외선 센서와 비교하여 전하트랩 개수 및 암전류밀도가 낮아짐을 확인할 수 있다. 또한 적외선 광전변환층에 포함된 제3 물질의 함량이 높을 때 전하트랩 개수 및 암전류밀도가 더욱 낮아짐을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리범위에 속하는 것이다.
100: 적외선 센서 110: 제1 전극
120: 제2 전극 130: 적외선 광전변환층
140, 150: 보조층 200: 가시광 센서
230: 가시광선 광전변환층 55, 240: 전하저장소
250: 광 필터 85, 87: 트렌치
60, 80: 절연층 70: 색 필터층
40: 반도체 기판
300,400,500,600,700,800,900,1000: 센서
1300: 전자 장치

Claims (29)

  1. 제1 전극과 제2 전극, 그리고
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 적외선 파장 영역 중 적어도 일부 파장 영역의 광을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 적외선 광전변환층
    을 포함하고,
    상기 적외선 광전변환층은
    적외선 파장 영역에서 최대흡수파장을 가진 제1 물질,
    상기 제1 물질과 pn 접합을 형성하는 제2 물질, 그리고
    상기 제1 물질의 에너지 밴드갭보다 1.0eV 이상 큰 에너지 밴드갭을 가지는 제3 물질
    을 포함하며,
    상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 상기 제3 물질은 서로 다르고 각각 비폴리머 물질인 센서.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 물질의 HOMO 에너지 준위와 상기 제3 물질의 HOMO 에너지 준위의 차이는 1.0eV 미만인 센서.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 물질의 HOMO 에너지 준위와 상기 제1 물질의 HOMO 에너지 준위의 차이는 0.5eV 이상인 센서.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 물질의 에너지 밴드갭은 0.5eV 내지 1.8eV이고,
    상기 제3 물질의 에너지 밴드갭은 2.8eV 내지 4.0eV인
    센서.
  5. 제1항에서,
    상기 제3 물질의 에너지 밴드갭은 상기 제2 물질의 에너지 밴드갭보다 큰 센서.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 물질은 상기 제2 물질보다 적게 포함되어 있는 센서.
  7. 제6항에서,
    상기 제2 물질에 대한 상기 제1 물질의 조성비는 0.10 내지 0.90인 센서.
  8. 제6항에서,
    상기 제2 물질에 대한 상기 제1 물질의 조성비는 0.10 내지 0.50인 센서.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 물질과 상기 제3 물질은 상기 제2 물질보다 각각 적게 포함되어 있는 센서.
  10. 제1항에서,
    상기 제3 물질은 상기 적외선 광전변환층의 총 부피에 대하여 1 내지 40부피%로 포함되는 센서.
  11. 제1항에서,
    상기 제3 물질은 상기 적외선 광전변환층의 총 부피에 대하여 7 내지 25부피%로 포함되는 센서.
  12. 제1항에서,
    상기 적외선 광전변환층의 최대흡수파장은 상기 제1 물질의 최대흡수파장보다 장파장인 센서.
  13. 제1항에서,
    상기 적외선 광전변환층의 최대 외부양자효율 파장은 상기 제3 물질의 함량이 높을수록 장파장 방향으로 이동하는 센서.
  14. 제1항에서,
    상기 제3 물질은 유기물인 센서.
  15. 제1항에서,
    상기 제3 물질은 하기 화학식 1로 표현되는 센서:
    [화학식 1]
    Figure pat00030

    상기 화학식 1에서,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 이들의 조합이고,
    Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고,
    Ar1과 Ar2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Ar3과 Ar4는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 둘이 결합하여 고리를 형성하고,
    m은 0 내지 2의 정수이다.
  16. 제15항에서,
    상기 제3 물질은 하기 화학식 1-1 내지 1-8 중 어느 하나로 표현되는 센서:
    [화학식 1-1] [화학식 1-2]
    Figure pat00031
    Figure pat00032

    [화학식 1-3] [화학식 1-4]
    Figure pat00033
    Figure pat00034

    [화학식 1-5] [화학식 1-6]
    Figure pat00035
    Figure pat00036

    [화학식 1-7] [화학식 1-8]
    Figure pat00037
    Figure pat00038

    상기 화학식 1-1 내지 1-8에서,
    R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고,
    R1 내지 R22는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 둘이 결합하여 고리를 형성하고,
    m은 1 또는 2이다.
  17. 제1항에서,
    상기 적외선 광전변환층은 상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 상기 제3 물질의 혼합물을 포함하는 센서.
  18. 제17항에서,
    상기 적외선 광전변환층은 상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 상기 제3 물질로 이루어진 삼성분계인 센서.
  19. 제1항에서,
    상기 적외선 광전변환층의 최대 외부양자효율 파장은 800nm 내지 1500nm에 속하는 센서.
  20. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 상기 적외선 광전변환층 사이에 위치하는 제1 보조층을 더 포함하고,
    상기 제1 보조층은 상기 제3 물질과 같거나 다른 제4 물질을 포함하며,
    상기 제4 물질의 에너지 밴드갭은 상기 제1 물질의 에너지 밴드갭보다 1.0eV 이상 더 크고,
    상기 제4 물질의 HOMO 에너지 준위는 상기 제1 전극의 일 함수와 상기 제1 물질의 HOMO 에너지 준위의 사이에 위치하는
    센서.
  21. 제1 전극과 제2 전극, 그리고
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 적외선 광전변환층
    을 포함하고,
    상기 적외선 광전변환층은
    적외선 파장 영역에서 최대흡수파장을 가지는 제1 물질,
    상기 제1 물질과 pn 접합을 형성하는 제2 물질, 그리고
    하기 화학식 1로 표현되는 제3 물질
    의 혼합물을 포함하며,
    상기 적외선 광전변환층의 최대흡수파장은 상기 제1 물질의 최대흡수파장보다 장파장인 센서:
    [화학식 1]
    Figure pat00039

    상기 화학식 1에서,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 이들의 조합이고,
    Ar1 내지 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고,
    Ar1과 Ar2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Ar3과 Ar4는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 둘이 결합하여 고리를 형성하고,
    m은 0 내지 2의 정수이다.
  22. 제21항에서,
    상기 적외선 광전변환층의 최대흡수파장은 상기 제1 물질의 최대흡수파장보다 30nm 이상 장파장인 센서.
  23. 제21항에서,
    상기 적외선 광전변환층의 최대 외부양자효율 파장은 상기 제3 물질의 함량이 높을수록 장파장 방향으로 이동하는 센서.
  24. 제23항에서,
    상기 제3 물질은 상기 적외선 광전변환층의 총 부피에 대하여 1 내지 40부피%로 포함되는 센서.
  25. 제23항에서,
    상기 제3 물질은 상기 적외선 광전변환층의 총 부피에 대하여 7 내지 25부피%로 포함되는 센서.
  26. 제21항에서,
    상기 제1 물질의 최대흡수파장은 750nm 내지 1200nm 에 속하고,
    상기 적외선 광전변환층의 최대흡수파장은 1000nm 내지 1500nm에 속하는
    센서.
  27. 제21항에서,
    상기 제3 물질은 하기 화학식 1-1 내지 1-8 중 어느 하나로 표현되는 센서:
    [화학식 1-1] [화학식 1-2]
    Figure pat00040
    Figure pat00041

    [화학식 1-3] [화학식 1-4]
    Figure pat00042
    Figure pat00043

    [화학식 1-5] [화학식 1-6]
    Figure pat00044
    Figure pat00045

    [화학식 1-7] [화학식 1-8]
    Figure pat00046
    Figure pat00047

    상기 화학식 1-1 내지 1-8에서,
    R1 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고,
    R1 내지 R22는 각각 독립적으로 존재하거나 인접한 둘이 결합하여 고리를 형성하고,
    m은 1 또는 2이다.
  28. 제21항에서,
    상기 제1 물질은 금속 프탈로시아닌 착체 또는 금속 나프탈로시아닌 착체를 포함하는 센서.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따른 센서를 포함하는 전자 장치.
KR1020210141666A 2020-10-28 2021-10-22 센서 및 전자 장치 KR20220056803A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21204420.0A EP3993052A1 (en) 2020-10-28 2021-10-25 Sensor and electronic device
US17/509,451 US20220131098A1 (en) 2020-10-28 2021-10-25 Sensor and electronic device
CN202111261026.8A CN114497377A (zh) 2020-10-28 2021-10-28 传感器和电子设备

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20200141347 2020-10-28
KR1020200141347 2020-10-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220056803A true KR20220056803A (ko) 2022-05-06

Family

ID=81584390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210141666A KR20220056803A (ko) 2020-10-28 2021-10-22 센서 및 전자 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220056803A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102179331B1 (ko) 투광 전극, 광전 소자 및 이미지 센서
KR102589215B1 (ko) 유기 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치
KR102491496B1 (ko) 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치
CN105261702B (zh) 有机光电器件和图像传感器
KR102605375B1 (ko) 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR102141592B1 (ko) 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR102529631B1 (ko) 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR102285797B1 (ko) 유기 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치
KR102282494B1 (ko) 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR102195813B1 (ko) 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR20160024686A (ko) 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR20210015311A (ko) 센서 및 전자 장치
CN112500423A (zh) 近红外吸收剂、近红外吸收/阻挡膜、光电器件、有机传感器和电子装置
KR102314127B1 (ko) 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR20200091266A (ko) 광전 소자, 유기 센서 및 전자 장치
KR102309885B1 (ko) 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
US11929384B2 (en) Image sensors and electronic devices
EP3993052A1 (en) Sensor and electronic device
KR20220056803A (ko) 센서 및 전자 장치
KR20210027102A (ko) 소자, 센서 및 전자 장치
KR20210137811A (ko) 센서 및 전자 장치
KR20200056286A (ko) 광전 변환 소자, 유기 센서 및 전자 장치
KR20200047344A (ko) 화합물, 필름, 광전 소자, 유기 센서 및 전자 장치
KR20200056765A (ko) 화합물, 필름, 광전 소자, 유기 센서 및 전자 장치
KR20210053141A (ko) 광전 소자, 센서 및 전자 장치