KR20220105256A - Light sensor and photoelectric device utilizing heterojunction of single-walled carbon nanotube and silicon - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 광 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일 벽 탄소 나노 튜브 및 실리콘의 이질 접합을 이용하는 광 센서에 관한 것이다.The present disclosure relates to an optical sensor, and more particularly, to an optical sensor using a heterojunction of single-walled carbon nanotubes and silicon.
기존의 광 검출기(Conventional Photodetector) 중 반도체 이질 접합을 이용한 광 검출기는 넓은 스펙트럼의 반응, 훌륭한 선형성, 높은 양자 효율성과 작동 범위 때문에 광범위적으로 사용되고 있다. 다양한 기능적인 구성을 가지고 있는 반도체 물질들은 주로 넓은 스펙트럼의 전자기파를 측정하고 검출하고 있다. 예를 들면, GaAs (밴드갭 Eg=1.43 eV), GaN (Eg=3.4 eV), AlGaN (Eg=3.4-6.1 eV), SiC (Eg=2.36-3.05 eV), Si (Eg=1.12 eV) 등은 광전도나 광전지에 자주 사용되는 잘 알려진 UV 검출기이다. 이와 같은 대부분의 물질들은 p-n, p-i-n, 또는 쇼트키 (Schottky) 광다이오드 형태로 작동한다. 역방향 전압에서는 역방향 전류가 포화상태가 되면서 전압변화에 따른 변화가 없이 빛의 입사 광속 (photon flux)에 따라 선형적으로 증가한다. 이런 모드의 접합 조건은 입력되는 광학 파워에 선형적으로 반응하며 광학 측정기로 적합하다. Among conventional photodetectors, a photodetector using a semiconductor heterojunction is widely used because of its wide spectrum response, excellent linearity, high quantum efficiency and operating range. Semiconductor materials with various functional configurations mainly measure and detect broad-spectrum electromagnetic waves. For example, GaAs (bandgap Eg=1.43 eV), GaN (Eg=3.4 eV), AlGaN (Eg=3.4-6.1 eV), SiC (Eg=2.36-3.05 eV), Si (Eg=1.12 eV), etc. is a well-known UV detector often used in photoconductive or photovoltaic applications. Most of these materials work as p-n, p-i-n, or Schottky photodiodes. In the reverse voltage, the reverse current becomes saturated and increases linearly with the incident photon flux without any change according to the voltage change. The bonding condition of this mode responds linearly to the input optical power and is suitable as an optical measuring instrument.
광전자 광스위치 (Optoelectronic photo-switch)는 아주 약한 빛의 입력 파워에서도 높은 ON/OFF 비율을 요구하는 디지털 광전자 회로의 주요 요소이다. 약한 빛의 입력 파워 (높은 ON/OFF 비율)에서도 수십-수백 배의 전류를 증가(잠재적으로 급격한 비선형적인 전류 반응)시킬 수 있는 소자들이 광스위치에 아주 적합하다. 기존 광다이오드는 선형적인 빛에 대한 반응과 역방향 전압에서의 포화 전류에 기인하여 광스위치의 중요한 평가 요소인 ON/OFF 비율이 낮게 보여주고 있다. 결과적으로 광전자 직접회로에서의 광다이오드 사용이 저전력/고성능 요구조건을 만족시키지 못하고 있다. 아발란체(Avalanche) 광다이오드가 역방향 붕괴 전압 (breakdown voltage) 근체에서 작동함으로써 이런 한계점을 극복할 수 있지만, 붕괴 전압이 보통 수십에서 수백 볼트까지 아주 높으며, 높은 노이즈와 불안한 회복 전류 때문에 빠른-광전자 스위치에는 적합하지 않다. 이런 관점에서는, 낮은 암전류(dark current)와 높은 역방향 광전류를 얻을 수 있는 소자를 개발할 수 있다면 매우 효과적인 광스위치를 제작할 수 있다.An optoelectronic photo-switch is a major element of a digital optoelectronic circuit that requires a high ON/OFF ratio even with very weak light input power. Devices that can increase current by tens to hundreds of times (potentially abrupt non-linear current response) even with weak light input power (high ON/OFF ratio) are well suited for optical switches. Existing photodiodes show low ON/OFF ratio, which is an important evaluation factor of optical switches, due to their linear response to light and saturation current in reverse voltage. As a result, the use of photodiodes in optoelectronic integrated circuits does not satisfy the low power/high performance requirements. Avalanche photodiodes can overcome this limitation by operating near the reverse breakdown voltage, but the breakdown voltages are usually very high, ranging from tens to hundreds of volts, and fast-photoelectrons due to high noise and unstable recovery currents. Not suitable for switches. From this point of view, if a device capable of obtaining a low dark current and a high reverse photocurrent can be developed, a very effective optical switch can be manufactured.
그래핀(Graphene) 기반 광 스위칭 장치는 초고속 및 광대역 응답으로 많은 관심을 받고 있다. 최근 그래핀/Quantum dot 하이브리드 소자에서 효과적인 이득 메커니즘 (R (λ)> 107A/W포함)이 보고되었다. 하지만 매우 약한 신호를 감지할 수 있는 특성에도 불구하고 응답도가 떨어져 빛에 반응하는 특성은 둔감해진다. 매우 큰 암전류로 인해 포토 스위치(ON/OFF 비율 << 1)로 비효율적이며 실용적이지 않다. 또한, 대부분 기계적으로 박리한 그래핀을 사용했는데, 이는 전자의 이동성이 높지만 스케일이 상대적으로 큰 디바이스에는 적합하지 않다. 현실적인 애플리케이션의 경우 복잡한 구조가 필요 없는 확장 가능한 아키텍처를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 지금까지 간단하고 확장 가능하며 잠재적으로 저렴한 기술을 사용하여 고성능 센서(다양한 파장 영역)를 제작하는 기술은 개발되지 않았다.Graphene-based optical switching devices are attracting much attention due to their ultra-fast and broadband response. Recently, an effective gain mechanism (including R(λ)>107A/W) in graphene/quantum dot hybrid devices has been reported. However, despite the ability to detect a very weak signal, the responsiveness is low, and the characteristic of responding to light becomes insensitive. Inefficient and impractical as photoswitches (ON/OFF ratio << 1) due to very large dark currents. In addition, most mechanically exfoliated graphene was used, which has high electron mobility but is not suitable for devices with relatively large scale. For realistic applications, it is desirable to use an extensible architecture that does not require complex structures. However, to date, no technology has been developed to fabricate high-performance sensors (various wavelength ranges) using simple, scalable, and potentially inexpensive techniques.
본 개시는 단일 벽 탄소 나노 튜브(SWNT. Single Walled Carbon Nanotube)와 반도체 실리콘(Si)의 이질 접합에서 생기는 새로운 유형의 광 전류 검출 센서(광 센서)를 제공한다.The present disclosure provides a new type of photocurrent detection sensor (optical sensor) generated from a heterojunction between a single walled carbon nanotube (SWNT) and a semiconductor silicon (Si).
또한, 본 개시는, 상술한 광 센서를 이용한 전자 장치를 제공한다.In addition, the present disclosure provides an electronic device using the above-described optical sensor.
본 개시의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 개시의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 개시의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 개시의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Objects of the present disclosure are not limited to the above-mentioned purposes, and other objects and advantages of the present disclosure that are not mentioned may be understood by the following description, and will be more clearly understood by examples of the present disclosure. Moreover, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present disclosure may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
본 개시의 일 실시 예에 따른 광 센서는, 단일 벽 탄소 나노 튜브, 상기 단일 벽 탄소 나노 튜브의 제1 영역과 이질 접합을 형성하는 Si 표면, 상기 Si 표면 상에 구비된 제1 전극, 상기 단일 벽 탄소 나노 튜브의 제2 영역이 형성된 절연체 표면, 상기 절연체 표면 상에서 상기 단일 벽 탄소 나노 튜브와 연결되는 제2 전극을 포함한다. 상기 단일 벽 탄소 나노 튜브는, 상기 제1 전극과 제2 전극 간의 역 전압을 기반으로, 입력된 광에 따른 전류를 출력한다.The optical sensor according to an embodiment of the present disclosure includes a single-walled carbon nanotube, a Si surface forming a heterogeneous junction with a first region of the single-walled carbon nanotube, a first electrode provided on the Si surface, and the single-walled carbon nanotube. and an insulator surface on which the second region of the walled carbon nanotubes is formed, and a second electrode connected to the single walled carbon nanotubes on the insulator surface. The single-walled carbon nanotube outputs a current according to the input light based on the reverse voltage between the first electrode and the second electrode.
상기 Si 표면은, P 타입 도핑된 Si을 포함할 수 있다.The Si surface may include P-type doped Si.
그리고, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치는, 상술한 광 센서, 복수의 IoT(Internet of Things) 장치와 통신을 수행하기 위한 통신부, 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기를 기반으로, 상기 복수의 IoT 장치 중 적어도 하나의 IoT 장치의 전원을 상기 통신부를 통해 제어할 수 있다.And, the electronic device according to an embodiment of the present disclosure includes the above-described optical sensor, a communication unit for performing communication with a plurality of Internet of Things (IoT) devices, and at least one processor. The processor may control the power of at least one IoT device among the plurality of IoT devices through the communication unit based on ambient brightness sensed through the optical sensor.
구체적으로, 상기 프로세서는, 상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기가 제1 범위에 해당하는 경우, 상기 복수의 IoT 장치 중 제1 IoT 장치의 전원이 ON되도록 제어하고, 상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기가 제2 범위에 해당하는 경우, 상기 복수의 IoT 장치 중 제2 IoT 장치의 전원이 ON되도록 제어할 수 있다.Specifically, when the ambient brightness sensed through the optical sensor falls within a first range, the processor controls the power of a first IoT device among the plurality of IoT devices to be turned on, and is detected through the optical sensor. When the ambient brightness falls within the second range, power of a second IoT device among the plurality of IoT devices may be controlled to be turned on.
이 경우, 상기 프로세서는, 상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기가 상기 제2 범위에 해당하는 상태에서 사용자 입력에 따라 상기 제1 IoT 장치의 전원이 ON된 경우, 적어도 하나의 조명 장치의 조작에 대한 가이드를 제공할 수 있다.In this case, when the power of the first IoT device is turned on according to a user input in a state where the ambient brightness detected through the optical sensor corresponds to the second range, the processor is configured to operate at least one lighting device. can provide a guide for
또는, 상기 프로세서는, 상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기가 상기 제2 범위에 해당하는 상태에서 사용자 입력에 따라 상기 제1 IoT 장치의 전원이 ON된 경우, 상기 제1 범위의 주변 밝기를 제공하도록 적어도 하나의 조명 장치를 제어할 수 있다.Alternatively, the processor provides the ambient brightness of the first range when the power of the first IoT device is turned on according to a user input in a state where the ambient brightness detected through the optical sensor corresponds to the second range. At least one lighting device may be controlled to do so.
한편, 상기 프로세서는, 상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기를 초 단위로 식별할 수 있다. 여기서, 상기 식별된 주변 밝기의 편차가 임계치 이상인 경우, 프로세서는 상기 복수의 IoT 장치 중 제3 IoT 장치가 적어도 하나의 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.Meanwhile, the processor may identify the ambient brightness sensed through the light sensor in units of seconds. Here, when the identified deviation of ambient brightness is equal to or greater than a threshold, the processor may control a third IoT device among the plurality of IoT devices to perform at least one function.
이 경우, 상기 프로세서는, 상기 편차에 따라 설정된 주기에 따라, 상기 제3 IoT 장치가 상기 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.In this case, the processor may control the third IoT device to perform the function according to a cycle set according to the deviation.
한편, 상기 프로세서는, 상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기를 실시간으로 식별하고, 상기 식별된 주변 밝기에 대한 패턴 정보를 적어도 하나의 인공지능 모델에 입력하여, 상기 전자 장치가 위치하는 공간의 용도를 판단하고, 상기 판단된 용도에 적합한 조명 환경을 식별하고, 상기 식별된 조명 환경에 따라, 상기 공간에 존재하는 적어도 하나의 조명 장치를 제어할 수 있다.Meanwhile, the processor identifies the ambient brightness sensed through the optical sensor in real time, and inputs pattern information about the identified ambient brightness into at least one artificial intelligence model to use the space in which the electronic device is located. may be determined, a lighting environment suitable for the determined use may be identified, and at least one lighting device existing in the space may be controlled according to the identified lighting environment.
이 경우, 상기 인공지능 모델은, 주변 밝기의 패턴 정보가 입력되면, 복수의 용도 중 상기 입력된 패턴 정보와 매칭되는 적어도 하나의 용도를 선택하도록 훈련된 모델일 수 있다.In this case, the artificial intelligence model may be a model trained to select at least one use matching the input pattern information among a plurality of uses when pattern information of ambient brightness is input.
본 개시에 따른 광 센서는, 낮은 역 전압에서 매우 높은 광 ON/OFF 비율과 응답성(Responsivity)을 보여주며, 응답성이 높다는 효과가 있다.The optical sensor according to the present disclosure exhibits a very high light ON/OFF ratio and responsiveness at a low reverse voltage, and has an effect of high responsiveness.
본 개시에 따른 광 센서는 템플릿 유도 어셈블리 기술과 결합하여 다양한 광전자 소자들을 개발하는 데에 이용될 수 있으며, 빛의 다양한 파장에 따른 입력 전압과 입력 파워의 변화를 검출할 수 있는 저비용, 저전력, 고감도 광전자 장치를 구성할 수 있다.The optical sensor according to the present disclosure can be used to develop various optoelectronic devices in combination with template induction assembly technology, and is low-cost, low-power, and high-sensitivity capable of detecting changes in input voltage and input power according to various wavelengths of light Optoelectronic devices can be constructed.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 광 센서의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 광 센서와 기존의 광 센서의 구조를 비교하기 위한 도면,
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 광 센서와 기존의 광 센서의 특성을 비교하기 위한 그래프,
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 광 센서의 다양한 특성을 설명하기 위한 그래프,
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 광 센서의 ON/OFF 특성을 설명하기 위한 그래프,
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따라 복수의 IoT 장치를 제어하는 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 블록도, 그리고
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.1 is a view for explaining the structure of an optical sensor according to an embodiment of the present disclosure;
2 is a view for comparing the structures of the optical sensor and the conventional optical sensor according to an embodiment of the present disclosure;
3 is a graph for comparing characteristics of an optical sensor according to an embodiment of the present disclosure and a conventional optical sensor;
4 is a graph for explaining various characteristics of an optical sensor according to an embodiment of the present disclosure;
5 is a graph for explaining ON/OFF characteristics of an optical sensor according to an embodiment of the present disclosure;
6 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure;
7 is a block diagram illustrating an operation of an electronic device for controlling a plurality of IoT devices according to an embodiment of the present disclosure;
8 is a flowchart illustrating an operation of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
본 개시에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 도면의 기재 방법에 대하여 설명한다.Prior to describing the present disclosure in detail, a description will be given of the description of the present specification and drawings.
먼저, 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당해 기술 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다. First, terms used in the present specification and claims have been selected in consideration of functions in various embodiments of the present disclosure. However, these terms may vary depending on the intention or legal or technical interpretation of a person skilled in the art, and the emergence of new technology. Also, some terms are arbitrarily selected by the applicant. These terms may be interpreted in the meaning defined in the present specification, and if there is no specific term definition, it may be interpreted based on the general content of the present specification and common technical knowledge in the art.
또한, 본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성요소를 모두 도시되어 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다. Also, the same reference numerals or reference numerals in each drawing attached to this specification indicate parts or components that perform substantially the same functions. For convenience of description and understanding, the same reference numerals or reference numerals are used in different embodiments. That is, even though all components having the same reference number are illustrated in a plurality of drawings, the plurality of drawings do not mean one embodiment.
또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안 된다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한되어서는 안 된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다. In addition, in this specification and claims, terms including an ordinal number, such as "first" and "second", may be used to distinguish between elements. This ordinal number is used to distinguish the same or similar elements from each other, and the meaning of the term should not be construed as limited due to the use of the ordinal number. For example, the components combined with such an ordinal number should not be limited in the order of use or arrangement by the number. If necessary, each ordinal number may be used interchangeably.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprises" or "consisting of" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and are intended to indicate that one or more other It is to be understood that this does not preclude the possibility of addition or presence of features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 개시의 실시 예에서 "모듈", "유닛", "부(part)" 등과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 구성요소를 지칭하기 위한 용어이며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈", "유닛", "부(part)" 등은 각각이 개별적인 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 경우를 제외하고는, 적어도 하나의 모듈이나 칩으로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, terms such as “module”, “unit”, “part”, etc. are terms for designating a component that performs at least one function or operation, and such component is hardware or software. It may be implemented or implemented as a combination of hardware and software. In addition, a plurality of "modules", "units", "parts", etc. are integrated into at least one module or chip, except when each needs to be implemented as individual specific hardware, and thus at least one processor. can be implemented as
본 개시의 실시 예에서 공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, spatially relative terms "below", "beneath", "lower", "above", "upper", etc. are shown in the drawings. As described above, it can be used to easily describe the correlation between one component and other components. A spatially relative term should be understood as a term that includes different directions of components during use or operation in addition to the directions shown in the drawings. For example, when a component shown in the drawing is turned over, a component described as “beneath” or “beneath” of another component may be placed “above” of the other component. can Accordingly, the exemplary term “below” may include both directions below and above. Components may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.
또한, 본 개시의 실시 예에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결뿐 아니라, 다른 매체를 통한 간접적인 연결의 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다는 의미는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, in an embodiment of the present disclosure, when a part is connected to another part, this includes not only direct connection but also indirect connection through another medium. In addition, the meaning that a certain part includes a certain component means that other components may be further included without excluding other components unless otherwise stated.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 광 센서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the structure of an optical sensor according to an embodiment of the present disclosure.
도 1을 참조하면, 광 센서는 단일 벽 탄소 나노 튜브(10. 이하 SWNT), SWNT의 일부 영역과 이질 접합을 형성하는 Si 표면(20), 절연체 표면(30) 등을 포함한다.Referring to FIG. 1 , the optical sensor includes a single-walled carbon nanotube (10, hereinafter SWNT), a
SWNT(10)는 그래핀을 1차원적으로 둥글게 말린 소재이며 SWNT의 분자비대칭(chirality)과 1차원적인 닫힌 소재로써 도체적인 특성(페르미 레벨 에너지 = 0 eV)과 반도체적 특성(다양한 에너지 밴드 갭을 가진)을 가지고 있다. SWNT(10) is a one-dimensionally rolled material of graphene, and as a one-dimensional closed material with the molecular asymmetry (chirality) of SWNTs, conductor properties (Fermi level energy = 0 eV) and semiconductor properties (various energy band gaps) has).
또한, SWNT들의 빛 흡수성은 각각의 페르미 레벨 에너지 주변에 대칭적으로 분포되어 있는 판 호브 특이점(van Hove singularities)들의 양에 의해서 특성화 되는 SWNT들의 전자 상태밀도(Density of States (DoS))와 깊은 관련이 있다. In addition, the light absorptivity of SWNTs is closely related to the electron density of states (DoS) of SWNTs, which is characterized by the amount of van Hove singularities distributed symmetrically around each Fermi level energy. There is this.
SWNT(10)의 지름은 보통 전형적인 반도체 접합의 공핍층(depletion) 너비보다 훨씬 작고, 실리콘과 직접적으로 접촉되어 있으면 자유전자 공핍층이 거의 없어지게 된다. 따라서 광전자의 생성은 SWNT-Si 이질 접합 부분에 열손실이나 재결합 손실이 거의 없이 일어날 수 있다.The diameter of the
SWNT(10)는 벨트의 형태로 Si 표면(20) 및 절연체 표면(30) 상에 걸쳐 형성될 수 있다. SWNT(10)는 0.1mm에서 500nm 정도 범위의 폭을 가지는 벨트로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
Si 표면(20)은, 일 예로 P 타입으로 도핑된 Si를 포함할 수 있으며, 도핑 농도는 1014에서 1017 atom/cm3 정도일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The
절연체 표면(30)은, 일 예로 SiO2로 구성될 수 있으나, 이 밖에도 다양한 절연체로 구성될 수 있다.The
일 예로, P 타입 도핑된 Si 기판의 표면에 산화된 SiO2가 형성되어 절연체 표면이 형성되는 한편, 절연체 표면 중 적어도 일부가 에칭(etching) 등의 과정을 거쳐 상술한 Si 표면(20)과 절연체 표면(30)이 각각 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.For example, oxidized SiO 2 is formed on the surface of the P-type doped Si substrate to form an insulator surface, while at least a portion of the insulator surface is etched to form the above-described
각 표면(20, 30)은 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, Si 표면(20)은 전극(21)을 포함하고, 절연체 표면(30)은 전극(31)을 포함할 수 있다.Each
SWNT(10)는 절연체 표면(30)에 구비된 전극(31)과 연결될 수 있다.The
Si 표면(20)의 전극(21)과 절연체 표면(30)의 전극 간에 역 전압(reverse vias)이 인가되는 상태에서, SWNT(10)에 일정 파장의 광이 입력되면, SWNT(10)를 통해 전류가 출력될 수 있는 바, 구체적인 실험 데이터는 도 2 내지 도 5를 통해 후술한다.In a state where a reverse voltage (reverse vias) is applied between the
한편, 비록 도 1에서는 하나의 SWNT(10)만이 도시되었으나, 광 센서는 복수 개의 SWNT를 포함할 수도 있다. 이 경우, 복수의 SWNT가 일정 간격을 두고 하나의 전극(31)에 병렬적으로 연결될 수도 있고, 복수의 SWNT가 각각 절연체 표면(30) 상의 서로 다른 전극들에 연결될 수도 있다.Meanwhile, although only one
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 광 센서와 기존의 광 센서의 구조를 비교하기 위한 도면이다.2 is a diagram for comparing structures of an optical sensor according to an embodiment of the present disclosure and a conventional optical sensor.
도 2에서, (a)와 (b)는 p타입의 Si의 웨이퍼 칩 표면에 SWNT벨트와 이종 접합을 형성하고 SiO2로 덮인 영역에 Ti(5nm)/Au(150nm)의 전극(-)이 형성된 소자의 광학 이미지와 전자현미경(SEM)의 이미지를 보여주고 있다. 오른쪽 하단에 있는 전극(+)은 Si 표면과 Ti(5nm)/Au(150nm)의 전극의 쇼트키(Schottky) 접합을 형성하며 옴 접촉의 특성을 보여준다. In Fig. 2, (a) and (b) form a heterojunction with a SWNT belt on the surface of a wafer chip of p-type Si, and an electrode (-) of Ti (5 nm)/Au (150 nm) is formed in a region covered with SiO 2 An optical image of the formed device and an image of an electron microscope (SEM) are shown. The electrode (+) in the lower right corner forms a Schottky junction between the Si surface and the electrode of Ti (5 nm)/Au (150 nm) and shows the characteristics of an ohmic contact.
도 2에서, (c)와 (d)는 위의 디바이스와 같은 조건으로 제작되었으며 SWNT 벨트 대신 Au의 벨트로 구성되어 있다. 이 디바이스의 제작 목적은 반도체와 금속 간의 접합(Au-Si)에서 보이는 전형적인 쇼트키(Schottky) 접합과 SWNT-Si 이질 접합의 디바이스가 보이는 현저히 다른 전기적/광학적 특성을 비교하기 위한 것이다.In FIG. 2, (c) and (d) are fabricated under the same conditions as the above device and consist of Au belts instead of SWNT belts. The purpose of the fabrication of this device was to compare the markedly different electrical/optical properties of the typical Schottky junction seen in the semiconductor-metal junction (Au-Si) and the SWNT-Si heterojunction device.
이하 도 3 내지 도 5를 통해 SWNT-Si의 이질 접합의 효과를 설명한다.Hereinafter, the effect of the heterogeneous bonding of SWNT-Si will be described with reference to FIGS. 3 to 5 .
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 광 센서와 기존의 광 센서의 특성을 비교하기 위한 그래프이다.3 is a graph for comparing characteristics of an optical sensor according to an embodiment of the present disclosure and a conventional optical sensor.
구체적으로, 도 3의 (a)는 SWNT와 Si의 이질 접합 구조에서의 입력 빛의 강도에 따른 전류-전압 특성을 도시한 것이고, 도 3의 (b)는 전형적인 Schottky 접합에서의 입력 빛의 강도에 따른 전류-전압 특성을 도시한 것이다. 도 3에서, 입력 빛의 세기는 최고 100%일때 117μW를 나타낸다.Specifically, (a) of FIG. 3 shows the current-voltage characteristics according to the intensity of input light in the heterogeneous junction structure of SWNT and Si, and (b) of FIG. 3 shows the intensity of input light in a typical Schottky junction. The current-voltage characteristics according to In FIG. 3 , the input light intensity is 117 μW when the maximum is 100%.
도 3의 (a)에서 빛이 없는 조건일 때의 전류는 매우 낮은 포화 전류를 보여주는 일반적인 정류 곡선 형태를 나타낸다. 그러나 SWNT-Si 이질 접합 센서 부분에 100%의 세기의 강한 빛을 노출시키면 급격히 증가하는 역 바이어스 전류가 생성된다. 비선형 역 바이어스 광전류는 역 전압과 함께 급격하게 증가하며, -3V의 역방향 바이어스 값과 117μW의 입력 빛의 세기의 조건에서는 0V의 광전류에 비교하여 10,000배 이상 증가한다. In (a) of FIG. 3 , the current in the absence of light shows a general rectification curve shape showing a very low saturation current. However, when the SWNT-Si heterojunction sensor part is exposed to 100% intensity of strong light, a rapidly increasing reverse bias current is generated. The nonlinear reverse bias photocurrent increases rapidly with the reverse voltage, and under the reverse bias value of -3V and the input light intensity of 117μW, it increases by more than 10,000 times compared to the photocurrent of 0V.
도 3의 (a)에 있는 표는 100%의 세기의 빛의 조건에서 역방향 전압에 대한 Photo-ON/OFF 비율을 보여주고 있다. The table in (a) of FIG. 3 shows the Photo-ON/OFF ratio for the reverse voltage under the light of 100% intensity.
반대로, 도 3의 (b)는 반도체와 금속 사이에서 나타나는 전형적인 Schottky 접합 특성을 보여주고 있으며 100%의 세기의 빛의 조건에서 Photo-ON/OFF 비율은 역 바이어스에서 증가하지 않고 포화상태를 보여주며 최고 1000배 정도로 측정되었다. 이는 SWNT-Si 디바이스에 비해 10배가 작은 수치이며 역방향 전압에 비례하여 급격히 증가하지도 않으며 포화된 곡선을 보여주고 있다.Conversely, Fig. 3(b) shows typical Schottky junction characteristics between a semiconductor and a metal, and the Photo-ON/OFF ratio does not increase in reverse bias and shows saturation under the light of 100% intensity. measured up to 1000 times. This is 10 times smaller than the SWNT-Si device, and it does not increase rapidly in proportion to the reverse voltage and shows a saturated curve.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 광 센서의 다양한 특성을 설명하기 위한 그래프이다.4 is a graph for explaining various characteristics of an optical sensor according to an embodiment of the present disclosure.
구체적으로, SWNT-Si의 이질 접합에 대하여, 도 4의 (a)는 다양한 입력 파장과 입력 파워에 따른 전류-전압 특성, (b)는 다양한 입력 조건들에 대한 ON/OFF 비율, (c)는 응답도(Responsivity)를 도시한 것이다.Specifically, for the SWNT-Si heterojunction, (a) of FIG. 4 is a current-voltage characteristic according to various input wavelengths and input power, (b) is an ON/OFF ratio for various input conditions, (c) shows the responsiveness (responsivity).
도 4의 (a)에서 입력 파장대는 457nm, 488nm, 633nm, 780nm, 광대역 광학 light, Solar light 등이다. 488nm 파장의 입력 파워가 524μW와 850μW 경우에는 -2V까지 광전류가 급속도로 증가하고 그 뒤로 포화상태가 된다. 반면에 광대역 광학 light와 Solar light를 제외하고는 대부분 낮은 광전류의 증가를 보여준다. In (a) of FIG. 4 , the input wavelength bands are 457 nm, 488 nm, 633 nm, 780 nm, broadband optical light, solar light, and the like. When the input power of 488nm wavelength is 524μW and 850μW, the photocurrent rapidly increases up to -2V and then becomes saturated. On the other hand, except for broadband optical light and solar light, most show a low increase in photocurrent.
도 4의 (b)는 측정된 다양한 파장에 관한 ON/OFF(광전류/암전류) 비율을 보여주고 있으며 도 4의 (c)는 응답도(출력 전류/입사 전력)를 나타내고 있다. 그래프에서 볼 수 있듯이 광대역 광학 light에 대한 센서의 응답도는 역방향 바이어스를 -3V까지 증가시킬 때 약 1 A/W까지 도달했다. 이에 비해 상업용 Si 기반 광센서는 5 - 50 mA/W의 응답도 값을 보여준다. 광 검출기 외에도 이 센서는 높은 ON/OFF 비율의 특성으로 포토 스위치 역할을 할 수 있다. 이는 1μm x 1μm 단면적 크기의 광전자 스위치가 4 자릿수(10,000배)로 켜지는 데 0.25nW의 저전력 만 필요하다는 것을 의미한다.FIG. 4(b) shows the ON/OFF (photocurrent/dark current) ratio for various measured wavelengths, and FIG. 4(c) shows the response (output current/incident power). As can be seen from the graph, the sensor's response to broadband optical light reached about 1 A/W when the reverse bias was increased to -3V. In comparison, commercial Si-based photosensors show a response value of 5 - 50 mA/W. In addition to a photodetector, this sensor can act as a photoswitch due to its high ON/OFF ratio. This means that an optoelectronic switch with a cross-sectional area of 1 μm x 1 μm requires only 0.25 nW of low power to turn on by 4 digits (10,000 times).
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 광 센서의 ON/OFF 특성을 설명하기 위한 그래프이다.5 is a graph for explaining ON/OFF characteristics of an optical sensor according to an embodiment of the present disclosure.
구체적으로, 도 5는 SWNT-Si의 이질 접합에 따른 센서의 전류-시간 특성에 해당한다. 외부 입력 전압은 0V이며, 외부 빛(광대역 광학 light)의 입력 파워는 20%~100%이다.Specifically, FIG. 5 corresponds to the current-time characteristics of the sensor according to the SWNT-Si heterojunction. The external input voltage is 0V, and the input power of external light (broadband optical light) is 20%~100%.
도 5에서, 파워 조절이 가능한 입력 광신호는 처음 100% 레벨로 켜졌으며 10초 정도 유지하다가 커지고 다시 100% 레벨로 켜진 후에 일정시간 동안 약 20%씩 감소하여 마지막 0%까지 측정되었다. 도 5에서 확인되듯, 광 센서는 광 신호에 아주 민감하고 빠르게 반응을 하였다.In FIG. 5 , the input optical signal capable of controlling power was initially turned on at the 100% level, maintained for about 10 seconds, increased and then turned on again at the 100% level, and then decreased by about 20% for a certain period of time until the last 0% was measured. As can be seen in FIG. 5 , the optical sensor was very sensitive to the optical signal and responded quickly.
이렇듯, SWNT-Si 이질 접합의 광신호의 특성은 빛의 입사 출력이 증가하고 역 바이어스가 증가함에 따라 급격하게 증가하는 비선형 역 바이어스 광전류를 보여준다. 본 특성은 높은 응답도(~ 1A/W)와 ON/OFF 비율(~ 104)을 나타내며 전형적인 반도체 공정 과정으로 쉽고 간단히 제작할 수 있다.As such, the optical signal characteristics of the SWNT-Si heterojunction show a nonlinear reverse bias photocurrent that sharply increases as the incident output of light increases and the reverse bias increases. This characteristic shows high responsiveness (~ 1A/W) and ON/OFF ratio (~ 104), and can be easily and simply manufactured by a typical semiconductor process.
특히, SWNT-Si의 이질 접합의 광 센서는 낮은 역 바이어스 전압에서 매우 높은 ON/OFF 비율을 보여주고 있으며 다양한 파장대의 광 반응을 보여주고 있다. 이 센서 기술을 응용하면 광 검출 장치를 사용하여 다양한 다기능 광전자 스위치, 광 트랜지스터, 광전자 논리 게이트 및 복잡한 광전자 디지털 회로를 개발할 수 있다. 또한 다양한 아날로그, 디지털, 감지, 이미징 및 기타 적합한 애플리케이션을 위한 저비용, 저전력, 고감도 확장형 광전자 장치를 개발할 수도 있다.In particular, the SWNT-Si heterojunction optical sensor shows a very high ON/OFF ratio at a low reverse bias voltage and shows a photoresponse in various wavelength bands. The application of this sensor technology allows the development of various multifunctional optoelectronic switches, phototransistors, optoelectronic logic gates and complex optoelectronic digital circuits using photodetection devices. It can also develop low-cost, low-power, high-sensitivity scalable optoelectronic devices for a variety of analog, digital, sensing, imaging and other suitable applications.
일 예로, 하나의 SWNT(ex. 도 1의 SWNT(10))에 대한 광 신호 입력 및 전압 입력을 토대로 한 AND 게이트가 구현될 수 있다. 즉, 광 신호 및 역 전압이 모두 입력되어야 전류가 출력될 수 있다.As an example, an AND gate based on an optical signal input and a voltage input to one SWNT (eg,
다른 예로, 동일한 전극에 병렬 연결된 복수의 SWNT 각각에 대한 광 신호 입력이 이용된 결과 OR 게이트, ADDER 등의 논리 소자도 구현될 수 있다.As another example, as a result of using an optical signal input to each of a plurality of SWNTs connected in parallel to the same electrode, a logic element such as an OR gate and an ADDER may also be implemented.
한편, 상술한 바와 같이 SWNT-Si 이질 접합 기반의 광 센서는 광의 입력 파워에 따라 섬세하게 반응할 수 있다는 특징이 있으므로, 주변 밝기를 측정하는 전자 장치 또는 입력된 광을 기반으로 이미지를 생성하는 카메라 장치 등에 활용될 수 있다.On the other hand, as described above, the SWNT-Si heterojunction-based optical sensor has the characteristic that it can respond delicately according to the input power of light. It can be used for devices, etc.
관련하여, 도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. In relation to this, FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
도 6을 참조하면, 전자 장치(100)는, 주변 밝기를 측정하기 위한 적어도 하나의 광 센서(110), 다양한 외부 장치(ex. IoT 장치)와 통신을 수행하기 위한 통신부(120), 프로세서(130) 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
전자 장치(100)는 IoT(Internet of Things) 시스템 내 다양한 IoT 장치를 제어하기 위한 적어도 하나의 제어 장치, 중계 장치, 센싱 장치 등으로 구현될 수 있다.The
IoT 시스템은, 집안 내 IoT 환경, 사무실 내 IoT 환경, 공연장 내 IoT 환경, 스마트 팜이나 스마트 공장 등의 IoT 환경 등 다양한 공간 내지는 장소의 IoT 시스템일 수 있다.The IoT system may be an IoT system in various spaces or places, such as an IoT environment in a house, an IoT environment in an office, an IoT environment in a performance hall, an IoT environment such as a smart farm or a smart factory.
광 센서(110)는 상술한 도 1과 같이 SWNT-Si의 이질 접합으로 구현될 수 있으며, 높은 광 응답도를 가질 수 있다.The
광 센서(110)는, 가시 광선 영역의 파장에 따른 SWNT의 전압-전류 특성을 이용하여, 주변 밝기를 측정하도록 구현될 수 있다. 이를 위해, 광 센서(110)는 도 1의 SWNT-Si 이질 접합 외에 적어도 하나의 제어 회로 또는 제어 소자를 포함할 수 있다.The
통신부(120)는 하나 이상의 네트워크를 통해 적어도 하나의 외부 장치와 연결되어 통신을 수행할 수 있다. 구체적으로, 통신부(120)는 IoT 시스템 내에 포함된 복수의 IoT 장치와 통신을 수행할 수 있다.The
네트워크는 영역 또는 규모에 따라 개인 통신망(PAN; Personal Area Network), 근거리 통신망(LAN; Local Area Network), 광역 통신망(WAN; Wide Area Network) 등일 수 있으며, 네트워크의 개방성에 따라 인트라넷(Intranet), 엑스트라넷(Extranet), 또는 인터넷(Internet) 등일 수 있다.The network may be a personal area network (PAN), a local area network (LAN), a wide area network (WAN), etc. depending on the area or size, and depending on the openness of the network, an intranet, It may be an extranet or the Internet.
통신부(120)는 LTE(long-term evolution), LTE-A(LTE Advance), 5G(5th Generation) 이동통신, CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), UMTS(universal mobile telecommunications system), WiBro(Wireless Broadband), GSM(Global System for Mobile Communications), DMA(Time Division Multiple Access), WiFi(Wi-Fi), WiFi Direct, Bluetooth, NFC(near field communication), Zigbee 등 다양한 무선 통신 방식을 통해 외부 장치와 연결될 수 있다. 또한, 통신부(120)는 이더넷(Ethernet), 광 네트워크(optical network), USB(Universal Serial Bus), 선더볼트(ThunderBolt) 등의 유선 통신 방식을 통해 외부 장치와 연결될 수도 있다.The
프로세서(130)는 전자 장치(100)를 전반적으로 제어하기 위한 구성이다. 구체적으로, 프로세서(130)는 전자 장치(100)의 메모리에 저장된 적어도 하나의 인스트럭션을 실행함으로써 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 동작을 수행할 수 있다.The
프로세서(130)는 하나 이상의 프로세서로 구성될 수 있다. 이때, 하나 이상의 프로세서는 CPU, AP, DSP(Digital Signal Processor) 등과 같은 범용 프로세서, GPU, VPU(Vision Processing Unit) 등과 같은 그래픽 전용 프로세서 또는 NPU와 같은 인공지능 전용 프로세서 등을 포함할 수 있다. 인공지능 전용 프로세서는, 특정 인공지능 모델의 훈련 내지는 이용에 특화된 하드웨어 구조로 설계될 수 있다.The
일 실시 예에 따르면, 프로세서(130)는 광 센서(110)를 통해 감지되는 주변 밝기를 기반으로, 복수의 IoT 장치 중 적어도 하나의 IoT 장치의 전원을 통신부(120)를 통해 제어할 수 있다.According to an embodiment, the
관련하여, 도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따라 복수의 IoT 장치를 제어하는 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.In relation to this, FIG. 7 is a block diagram illustrating an operation of an electronic device for controlling a plurality of IoT devices according to an embodiment of the present disclosure.
도 7을 참조하면, 프로세서(130)는 복수의 IoT 장치(200-1, 2, 3, …)와 통신을 수행할 수 있으며, 복수의 IoT 장치 각각의 전원 및/또는 적어도 하나의 기능을 제어할 수도 있다.Referring to FIG. 7 , the
복수의 IoT 장치(200-1, 2, 3)는, 예를 들어, 데스크탑 PC, TV, 공기 청정기, 로봇 청소기, 조명 장치 등 다양한 장치를 포함할 수 있다.The plurality of IoT devices 200 - 1 , 2 , and 3 may include, for example, various devices such as a desktop PC, a TV, an air purifier, a robot cleaner, and a lighting device.
복수의 IoT 장치(200-1, 2, 3,)는 각각 적어도 하나의 주변 밝기에 매칭될 수 있다. 여기서, 주변 밝기의 단위는 lux(lm/m2), W/m2 등일 수 있다.Each of the plurality of IoT devices 200 - 1 , 2 , 3 may be matched to at least one ambient brightness. Here, the unit of ambient brightness may be lux (lm/m 2) , W/m 2 , and the like.
일 예로, IoT 장치(200-1)는 제1 범위의 주변 밝기에 매칭되고, 다른 IoT 장치들(200-2, 3)은 제1 범위와 다른 제2 범위의 주변 밝기에 매칭될 수 있다. 각 IoT 장치에 매칭된 주변 밝기 값의 범위, 또는 주변 밝기 값의 범위에 매칭되는 각 IoT 장치는, 전자 장치(100) 또는 전자 장치(100)와 연결된 사용자 단말을 통해 수신된 사용자 입력에 따라 설정될 수 있다.As an example, the IoT device 200 - 1 may match ambient brightness in a first range, and other IoT devices 200 - 2 and 3 may match ambient brightness in a second range different from the first range. A range of ambient brightness values matched to each IoT device or each IoT device matching a range of ambient brightness values is set according to a user input received through the
이 경우, 프로세서(130)는, 광 센서(110)를 통해 감지되는 주변 밝기가 제1 범위에 해당하는 경우, IoT 장치(200-1)의 전원이 ON되도록 제어하고, 광 센서(110)를 통해 감지되는 주변 밝기가 제2 범위에 해당하는 경우, IoT 장치(200-2, 3)의 전원이 ON되도록 제어할 수 있다.In this case, the
관련하여, 도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.In relation to this, FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation of an electronic device according to an embodiment of the present disclosure.
도 8을 참조하면, 프로세서(130)는 광 센서(110)를 통해 감지되는 주변 밝기를 식별하고(S810). 주변 밝기에 매칭되는 IoT 장치를 선택할 수 있다(S820).Referring to FIG. 8 , the
구체적인 예로, 주변 밝기가 300 lux 이상인 경우, 프로세서(130)는 해당 밝기 범위에 매칭되는 데스크탑 PC, TV 등의 IoT 장치를 선택할 수 있다.As a specific example, when the ambient brightness is 300 lux or more, the
다른 예로, 주변 밝기가 50 lux 이하인 경우, 프로세서(130)는 해당 밝기 범위에 매칭되는 빔 프로젝터를 선택할 수 있다.As another example, when the ambient brightness is 50 lux or less, the
다만, 상술한 주변 밝기 수치는 일 예일 뿐, 본 개시에 따른 기술 사상이 상술한 수치에 한정되는 것은 아니다.However, the above-described ambient brightness value is only an example, and the technical concept according to the present disclosure is not limited to the above-described value.
그리고, 프로세서(130)는 선택된 IoT 장치의 전원이 ON되도록 해당 IoT 장치를 제어할 수 있다(S830).Then, the
그 결과, 주변 밝기에 적합한 IoT 장치의 전원이 자동으로 켜질 수 있다. 예를 들어, 공간에 들어온 사용자가 조명 장치(ex. 형광등)를 켜기만 하면, 데스크탑 PC 및/또는 TV의 전원이 자동으로 켜지고, (전원이 켜져 있던) 빔 프로젝터의 전원이 자동으로 꺼질 수 있다.As a result, IoT devices suitable for ambient light can be turned on automatically. For example, a user entering a room may simply turn on a lighting device (e.g. a fluorescent lamp), and the desktop PC and/or TV will automatically turn on, and the beam projector (which has been powered on) may automatically turn off. .
한편, 광 센서(110)를 통해 감지되는 주변 밝기가 IoT 장치와 매칭되는 않는 밝기 범위에 해당하는 상태에서, 해당 IoT 장치의 전원이 ON된 경우, 프로세서(130)는 해당 IoT 장치의 이용에 적합하도록, 적어도 하나의 조명 장치의 조작에 대한 가이드를 제공하거나 또는 적어도 하나의 조명 장치를 자동으로 제어할 수 있다.On the other hand, when the power of the IoT device is turned on in a state in which the ambient brightness detected through the
일 실시 예로, 주변 밝기가 50 lux 이하인 상태에서 사용자 입력에 따라 데스크탑 PC(및 모니터)의 전원이 켜진 경우, 프로세서(130)는 주변 밝기를 더 밝게 설정하도록 권유하는 UI(User Interface)를 제공할 수 있다.In one embodiment, when the desktop PC (and monitor) is powered on according to a user input in a state where the ambient brightness is 50 lux or less, the
이때, 프로세서(130)는 전자 장치(100)에 구비된 디스플레이 또는 스피커를 통해 “컴퓨터 화면을 보기에 너무 어두운 환경입니다. 조명을 켜고 주변 환경을 더 밝게 유지해서 눈을 보호하세요.”와 같은 가이드를 제공할 수 있다.At this time, the
또는, 프로세서(130)는 전자 장치(100)와 연결된 적어도 하나의 IoT 장치(ex. 데스크탑 PC, 스피커 장치) 또는 사용자 단말(ex. 스마트폰)을 통해 상술한 가이드를 제공할 수도 있다.Alternatively, the
다른 실시 예로, 주변 밝기가 50 lux 이하인 상태에서 사용자 입력에 따라 데스크탑 PC(및 모니터)의 전원이 켜진 경우, 프로세서(130)는 데스크탑 PC와 같은 공간에 있는 적어도 하나의 조명 장치의 전원이 켜지도록 자동으로 제어하여, 주변 밝기를 보다 밝게 조성할 수도 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는, 광 센서(110)를 통해 측정되는 주변 밝기가 300 lux 이상이 되도록 조명 장치의 조명 강도를 제어할 수 있다.In another embodiment, when the power of the desktop PC (and the monitor) is turned on according to a user input in a state where the ambient brightness is 50 lux or less, the
한편, 프로세서(130)는, 광 센서(110)를 통해 감지되는 주변 밝기를 초 단위로 식별하고, 식별된 주변 밝기의 편차에 따라 적어도 하나의 IoT 장치의 전원 및/또는 기능을 제어할 수도 있다.Meanwhile, the
여기서, 주변 밝기의 편차는, 기설정된 시간 구간(ex. 24시간) 동안의 주변 밝기의 (평균에 대한) 편차에 해당할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Here, the deviation of the ambient brightness may correspond to a deviation (with respect to the average) of the ambient brightness during a preset time period (eg, 24 hours), but is not limited thereto.
일 실시 예로, 식별된 주변 밝기의 편차가 3 lux 이상인 경우, 프로세서(130)는 (전자 장치(100)가 위치하는) 해당 공간에서 로봇 청소기(IoT 장치)가 청소를 수행하도록 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 해당 공간에 위치한 공기 청정기가 공기 청정 동작을 수행하도록 제어할 수도 있다.For example, when the identified ambient brightness deviation is 3 lux or more, the
주변 밝기의 편차가 클수록 해당 공간의 조명 장치 ON/OFF 빈도 또는 해당 공간 내 객체(ex. 사람/동물)의 출현/움직임이 잦다는 것을 의미하고, 이는 해당 공간의 사용 빈도가 높다는 것을 의미한다. 즉, 상술한 실시 예에 따라, 해당 공간의 사용 빈도에 따른 공기 청정/청소 가 이루어질 수 있다.The greater the deviation in ambient brightness, the more frequent the lighting device ON/OFF frequency in the space or the appearance/movement of objects (eg, people/animals) in the space, which means that the space is frequently used. That is, according to the above-described embodiment, air cleaning/cleaning may be performed according to the frequency of use of the corresponding space.
또한, 프로세서(130)는, 편차에 따라 설정된 주기에 따라, IoT 장치(ex. 로봇 청소기, 공기 청정기)가 기능을 수행하도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 주변 밝기의 편차가 클수록 IoT 장치가 기능(ex. 청소, 공기 청정 등)을 수행하는 빈도가 더 커질 수 있다.In addition, the
일 예로, 로봇 청소기, 공기 청정기 등의 IoT 장치가 해당 공간에 대해 청소를 수행하는 주기(T)는 이하 수학식 1과 같이 설정될 수 있다(D(duration) = 대상 기간(ex. 하루: 24시간), x: 주변 밝기 변수(매초), E(x): 대상 기간 동안의 주변 밝기의 평균, α: 기설정된 상수, β: IoT 장치의 성능에 따라 설정된 상수).As an example, a period (T) during which an IoT device such as a robot cleaner or an air purifier performs cleaning for a corresponding space may be set as in
즉, 주변 밝기의 편차가 작고, IoT 장치의 성능(ex. 흡입력, 흡입 범위 등)이 좋을수록, IoT 장치의 동작 주기는 길어진다.That is, the smaller the deviation of ambient brightness and the better the performance (eg, suction power, suction range, etc.) of the IoT device, the longer the operating cycle of the IoT device.
유사한 예로, 전자 장치(100)가 화장실에 위치한 경우, 프로세서(130)는 화장실 내 밝기의 편차에 따라 화장실 내 환풍 장치의 동작 주기를 자동으로 제어할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는, 화장실 내 밝기의 편차가 클수록 화장실 내 환풍 장치의 동작 주기를 짧게 하여 환풍 장치를 자동 제어할 수 있다.As a similar example, when the
한편, 일 실시 예에 따르면, 프로세서(130)는 광 센서(110)를 통해 감지되는 주변 밝기를 실시간으로 식별하고, 식별된 주변 밝기에 대한 패턴 정보를 획득할 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment, the
구체적으로, 프로세서(130)는 특정한 요일, 또는 시간 별로 주변 밝기의 변화 빈도, 편차, 평균 밝기 등을 식별할 수 있다.Specifically, the
그리고, 프로세서(130)는 획득된 패턴 정보를 적어도 하나의 인공지능 모델에 입력하여, 전자 장치(100)가 위치하는 공간의 용도를 판단할 수 있다. Then, the
만약, 인공지능 모델이 전자 장치(100)와 연결된 외부 서버에 포함된 경우, 프로세서(130)는 패턴 정보를 해당 서버로 전송한 뒤 서버로부터 공간의 용도에 대한 정보를 수신할 수 있다.If the artificial intelligence model is included in the external server connected to the
인공지능 모델은, 하나 이상의 레이어를 포함하며, 서로 다른 레이어에 포함되는 노드 간 가중치 값의 변경에 따라 훈련되는 딥 러닝 기반 모델일 수 있다.The artificial intelligence model may be a deep learning-based model that includes one or more layers and is trained according to a change in a weight value between nodes included in different layers.
인공지능 모델은, 주변 밝기 변화의 패턴 정보가 입력되면, 입력된 패턴 정보와 매칭되는 적어도 하나의 용도를 선택하도록 훈련될 수 있다.The artificial intelligence model may be trained to select at least one use matching the input pattern information when pattern information of a change in ambient brightness is input.
구체적으로, 인공지능 모델은, 각 용도 별로 수집된 다양한 공간들의 주변 밝기에 대한 패턴 정보를 기반으로 훈련될 수 있다.Specifically, the artificial intelligence model may be trained based on pattern information about ambient brightness of various spaces collected for each use.
용도는, 거실, 화장실, 안방, 미디어 콘텐츠 감상, 운동, 주방, 회의실, 개인 집무실 등 다양할 수 있다.Uses may be diverse, such as living room, bathroom, master bedroom, media content viewing, exercise, kitchen, conference room, personal office, and the like.
이렇듯 전자 장치(100)가 위치한 공간의 용도가 식별되면, 프로세서(130)는 판단된 용도에 적합한 조명 환경을 식별할 수 있다. 여기서, 적합한 조명 환경(주변 밝기의 범위)은 용도 별로 기저장되어 있을 수 있다.As such, when the use of the space in which the
이 경우, 프로세서(130)는 식별된 조명 환경에 따라 해당 공간에 존재하는 적어도 하나의 조명 장치를 제어할 수 있다. 즉, 프로세서(130)는 해당 공간이 식별된 조명 환경에 따른 밝기 범위를 가지도록 조명 장치의 출력을 자동 제어할 수 있다.In this case, the
그 결과, 전자 장치(100)는 공간의 용도에 맞는 조명 환경을 자동으로 조성할 수 있다는 효과가 있다.As a result, there is an effect that the
한편, 이상에서 설명된 다양한 실시 예들은 서로 저촉되거나 모순되지 않는 한 두 개 이상의 실시 예가 서로 결합되어 구현될 수 있다.Meanwhile, the various embodiments described above may be implemented by combining two or more embodiments as long as they do not conflict with or contradict each other.
한편, 이상에서 설명된 다양한 실시 예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록 매체 내에서 구현될 수 있다.Meanwhile, the various embodiments described above may be implemented in a recording medium readable by a computer or a similar device using software, hardware, or a combination thereof.
하드웨어적인 구현에 의하면, 본 개시에서 설명되는 실시 예들은 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛(unit) 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. According to the hardware implementation, the embodiments described in the present disclosure are ASICs (Application Specific Integrated Circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays) ), processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and other electrical units for performing other functions may be implemented using at least one.
일부의 경우에 본 명세서에서 설명되는 실시 예들이 프로세서 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 상술한 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 작동을 수행할 수 있다.In some cases, the embodiments described herein may be implemented by the processor itself. According to the software implementation, embodiments such as the procedures and functions described in this specification may be implemented as separate software modules. Each of the above-described software modules may perform one or more functions and operations described herein.
한편, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치(100)에서의 처리동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions) 또는 컴퓨터 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium)에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어 또는 컴퓨터 프로그램은 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(100)에서의 처리 동작을 상술한 특정 기기가 수행하도록 한다. On the other hand, the computer instructions or computer program for performing the processing operation in the
비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.The non-transitory computer-readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently, rather than a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, memory, etc., and can be read by a device. Specific examples of the non-transitory computer-readable medium may include a CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM, and the like.
이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present disclosure have been illustrated and described, but the present disclosure is not limited to the specific embodiments described above, and is commonly used in the technical field pertaining to the present disclosure without departing from the gist of the present disclosure as claimed in the claims. Various modifications may be made by those having the knowledge of
10: SWNT
20: Si 표면
30: 절연체 표면
100: 전자 장치
110: 광 센서
120: 통신부
130: 프로세서10: SWNT 20: Si surface
30: insulator surface 100: electronic device
110: optical sensor 120: communication unit
130: processor
Claims (10)
단일 벽 탄소 나노 튜브; 및
상기 단일 벽 탄소 나노 튜브의 제1 영역과 이질 접합을 형성하는 Si 표면;
상기 Si 표면 상에 구비된 제1 전극;
상기 단일 벽 탄소 나노 튜브의 제2 영역이 형성된 절연체 표면; 및
상기 절연체 표면 상에서 상기 단일 벽 탄소 나노 튜브와 연결되는 제2 전극;을 포함하고,
상기 단일 벽 탄소 나노 튜브는,
상기 제1 전극과 제2 전극 간의 역 전압을 기반으로, 입력된 광에 따른 전류를 출력하는, 광 센서.In the optical sensor,
single-walled carbon nanotubes; and
a Si surface forming a heterojunction with the first region of the single-walled carbon nanotube;
a first electrode provided on the Si surface;
an insulator surface on which a second region of the single-walled carbon nanotube is formed; and
a second electrode connected to the single-walled carbon nanotube on the surface of the insulator;
The single-walled carbon nanotubes are
Based on the reverse voltage between the first electrode and the second electrode, the optical sensor for outputting a current according to the input light.
상기 Si 표면은,
P 타입 도핑된 Si을 포함하는, 광 센서.According to claim 1,
The Si surface is
An optical sensor comprising P-type doped Si.
제1항의 광 센서;
복수의 IoT(Internet of Things) 장치와 통신을 수행하기 위한 통신부; 및
적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기를 기반으로, 상기 복수의 IoT 장치 중 적어도 하나의 IoT 장치의 전원을 상기 통신부를 통해 제어하는, 전자 장치.In an electronic device,
The optical sensor of claim 1 ;
a communication unit for performing communication with a plurality of Internet of Things (IoT) devices; and
at least one processor;
The processor is
An electronic device that controls the power of at least one IoT device among the plurality of IoT devices through the communication unit based on ambient brightness sensed through the optical sensor.
상기 프로세서는,
상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기가 제1 범위에 해당하는 경우, 상기 복수의 IoT 장치 중 제1 IoT 장치의 전원이 ON되도록 제어하고,
상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기가 제2 범위에 해당하는 경우, 상기 복수의 IoT 장치 중 제2 IoT 장치의 전원이 ON되도록 제어하는, 전자 장치.4. The method of claim 3,
The processor is
When the ambient brightness detected through the optical sensor falls within the first range, controlling the power of the first IoT device among the plurality of IoT devices to be turned on;
When the ambient brightness sensed through the optical sensor corresponds to a second range, the electronic device controls to turn on the power of a second IoT device among the plurality of IoT devices.
상기 프로세서는,
상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기가 상기 제2 범위에 해당하는 상태에서 사용자 입력에 따라 상기 제1 IoT 장치의 전원이 ON된 경우, 적어도 하나의 조명 장치의 조작에 대한 가이드를 제공하는, 전자 장치.5. The method of claim 4,
The processor is
When the power of the first IoT device is turned on according to a user input in a state in which the ambient brightness sensed through the optical sensor corresponds to the second range, providing a guide for operation of at least one lighting device, Electronic Device.
상기 프로세서는,
상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기가 상기 제2 범위에 해당하는 상태에서 사용자 입력에 따라 상기 제1 IoT 장치의 전원이 ON된 경우, 상기 제1 범위의 주변 밝기를 제공하도록 적어도 하나의 조명 장치를 제어하는, 전자 장치.5. The method of claim 4,
The processor is
At least one lighting device to provide ambient brightness in the first range when the power of the first IoT device is turned on according to a user input in a state where the ambient brightness detected through the optical sensor corresponds to the second range to control the electronic device.
상기 프로세서는,
상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기를 초 단위로 식별하고,
상기 식별된 주변 밝기의 편차가 임계치 이상인 경우, 상기 복수의 IoT 장치 중 제3 IoT 장치가 적어도 하나의 기능을 수행하도록 제어하는, 전자 장치.4. The method of claim 3,
The processor is
Identifies the ambient brightness detected through the light sensor in seconds,
When the identified deviation of the ambient brightness is equal to or greater than a threshold, controlling a third IoT device among the plurality of IoT devices to perform at least one function.
상기 프로세서는,
상기 편차에 따라 설정된 주기에 따라, 상기 제3 IoT 장치가 상기 기능을 수행하도록 제어하는, 전자 장치.8. The method of claim 7,
The processor is
Controlling the third IoT device to perform the function according to a cycle set according to the deviation.
상기 프로세서는,
상기 광 센서를 통해 감지되는 주변 밝기를 실시간으로 식별하고,
상기 식별된 주변 밝기에 대한 패턴 정보를 적어도 하나의 인공지능 모델에 입력하여, 상기 전자 장치가 위치하는 공간의 용도를 판단하고,
상기 판단된 용도에 적합한 조명 환경을 식별하고,
상기 식별된 조명 환경에 따라, 상기 공간에 존재하는 적어도 하나의 조명 장치를 제어하는, 전자 장치.4. The method of claim 3,
The processor is
Identify the ambient brightness detected through the light sensor in real time,
input the identified pattern information for the ambient brightness into at least one artificial intelligence model to determine the use of the space in which the electronic device is located;
identifying a lighting environment suitable for the determined use;
and controlling at least one lighting device present in the space according to the identified lighting environment.
상기 인공지능 모델은,
주변 밝기의 패턴 정보가 입력되면, 복수의 용도 중 상기 입력된 패턴 정보와 매칭되는 적어도 하나의 용도를 선택하도록 훈련된 모델인, 전자 장치.10. The method of claim 9,
The artificial intelligence model is
When pattern information of ambient brightness is input, the electronic device is a model trained to select at least one use matching the input pattern information from among a plurality of uses.
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KR1020210007690A KR102548975B1 (en) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | Light sensor and photoelectric device utilizing heterojunction of single-walled carbon nanotube and silicon |
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