KR20230168890A - Photo transistor for visible light detection and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것으로 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터는 베이스 기판 상에 배치된 게이트 전극, 상기 게이트 전극 상에 배치된 게이트 절연층, 상기 게이트 절연층 상에 배치된 산화물 반도체층 및 상기 산화물 반도체층 상에 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 산화물 반도체층은 이종의 산화물의 접합에 의해 가시광선 파장을 검출할 수 있다.The present invention relates to a photo transistor for detecting visible light and a method of manufacturing the same. The photo transistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode disposed on a base substrate, and a gate insulating layer disposed on the gate electrode. , an oxide semiconductor layer disposed on the gate insulating layer, and a source electrode and a drain electrode disposed on the oxide semiconductor layer, wherein the oxide semiconductor layer can detect visible light wavelengths by bonding different types of oxides. .
Description
본 발명은 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phototransistor for detecting visible light and a method of manufacturing the same.
산화물 반도체는 가시광선에 대해 높은 투명도, 낮은 누설 전류 및 높은 전계 효과 등으로 인해 박막 트랜지스터 분야에서 비정질 실리콘의 대안으로 광범하게 연구 개발되어 왔다. 또한 산화물 반도체는 넓은 밴드갭을 갖는 특성으로 높은 투명도를 요구하는 전자기기의 개발에 활용되었다. Oxide semiconductors have been extensively researched and developed as an alternative to amorphous silicon in the field of thin film transistors due to their high transparency to visible light, low leakage current, and high electric field effects. Additionally, oxide semiconductors have been used in the development of electronic devices that require high transparency due to their wide bandgap properties.
이와 동시에 산화물 반도체를 이용한 자외선 광 트랜지스터 개발에 대한 많은 연구가 진행된 바 있다. 그러나 넓은 밴드갭을 갖은 산화물 반도체를 사용하여 가시광선 파장을 검출하는 것은 원자가 전자를 전도대로 여기시키기에 가시광선의 광자 에너지가 충분하지 않기 때문에 어려운 실정이다.At the same time, much research has been conducted on the development of ultraviolet light transistors using oxide semiconductors. However, detecting visible light wavelengths using oxide semiconductors with a wide bandgap is difficult because the photon energy of visible light is not sufficient to excite valence electrons into the conduction band.
따라서 양자점, 유기물, 금속 나노 입자등의 좁은 밴드갭 물질로 헤테로 구조를 형성하여 산화물 반도체 기반의 가시광 광트랜지스터를 개발하기 위한 연구가 진행되었으나, 산화물 반도체와 나노 물질 사이의 계면 트랩 상태를 제거하는 것은 어려울 뿐만 아니라 해당 소자의 광전자적 특성을 저하시킬 수 있는 문제점이 존재한다.Therefore, research has been conducted to develop visible light phototransistors based on oxide semiconductors by forming heterostructures with narrow bandgap materials such as quantum dots, organic materials, and metal nanoparticles, but it is difficult to eliminate the interface trap state between the oxide semiconductor and nanomaterials. Not only is it difficult, but there are problems that can deteriorate the optoelectronic characteristics of the device.
본 발명은 밴드갭이 큰 산화물 반도체에 존재하는 산소결손을 금속 산화물간의 이종접합을 통해 제어할 수 있는 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide a phototransistor for detecting visible light that can control oxygen vacancies existing in an oxide semiconductor with a large band gap through heterojunction between metal oxides, and a method for manufacturing the same.
다른 측면에서 본 발명은 산화물 층에서 광 여기된 정공을 다른 산화물층엣서 분리하여 가시광에 의한 광전류량을 증가시킬 수 있는 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In another aspect, the purpose of the present invention is to provide a phototransistor for detecting visible light that can increase the amount of photocurrent by visible light by separating holes photoexcited in an oxide layer from other oxide layers and a method of manufacturing the same.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터는 베이스 기판 상에 배치된 게이트 전극, 상기 게이트 전극 상에 배치된 게이트 절연층, 상기 게이트 절연층 상에 배치된 산화물 반도체층 및 상기 산화물 반도체층 상에 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 산화물 반도체층은 이종의 산화물의 접합에 의해 가시광선 파장을 검출할 수 있다.A photo transistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention for solving the above technical problem includes a gate electrode disposed on a base substrate, a gate insulating layer disposed on the gate electrode, and a gate insulating layer disposed on the gate insulating layer. It includes an oxide semiconductor layer and a source electrode and a drain electrode disposed on the oxide semiconductor layer, and the oxide semiconductor layer can detect visible light wavelengths by bonding different types of oxides.
또한, 상기 산화물 반도체층은 가시광선을 흡수하는 제1산화물층 및 상기 제1 산화물층의 하부에 형성되고, 상기 제1산화물층의 광 흡수에 따른 산소결손 농도를 증가시키는 제2산화물층을 포함하되, 상기 제1산화물층 및 상기 제2산화물층은 서로 다른 물질로 구비될 수 있다.In addition, the oxide semiconductor layer includes a first oxide layer that absorbs visible light and a second oxide layer that is formed under the first oxide layer and increases the oxygen vacancy concentration due to light absorption of the first oxide layer. However, the first oxide layer and the second oxide layer may be made of different materials.
또한, 상기 제1산화물층은 산소 결손을 포함한 산화아연을 포함하고, 상기 제2산화물층은 산화알루미늄을 포함할 수 있다.Additionally, the first oxide layer may include zinc oxide containing oxygen vacancies, and the second oxide layer may include aluminum oxide.
또한, 상기 산화물 반도체층은 상기 제2산화물층에 의해 상기 제1산화물층 내 산소결손의 양이 증가함에 따라 가시광선에 의한 광 전류의 생성이 증가할 수 있다.Additionally, as the amount of oxygen vacancies in the first oxide layer of the oxide semiconductor layer increases due to the second oxide layer, the generation of photocurrent by visible light may increase.
또한, 상기 제1산화물층에서 발생된 광 여기된 정공은 상기 제2산화물층에 의한 가전자대 오프셋에 의해 분리되고, 상기 제1산화물층과 상기 제2산화물층 사이의 계면에 포획되어 광 전류의 생성이 증가할 수 있다.In addition, the photo-excited holes generated in the first oxide layer are separated by the valence band offset by the second oxide layer and are captured at the interface between the first oxide layer and the second oxide layer to generate photo current. production may increase.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 방법은 베이스 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계, 상기 게이트 절연층 상에 산화물 반도체층을 형성하는 단계 및 상기 산화물 반도체층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 산화물 반도체층은 이종의 산화물의 접합에 의해 가시광선 파장을 검출할 수 있다.A method according to another embodiment of the present invention for solving the above technical problem includes forming a gate electrode on a base substrate, forming a gate insulating layer on the gate electrode, and forming an oxide layer on the gate insulating layer. It includes forming a semiconductor layer and forming a source electrode and a drain electrode on the oxide semiconductor layer, wherein the oxide semiconductor layer can detect visible light wavelengths by bonding different types of oxides.
또한, 상기 산화물 반도체층을 형성하는 단계는 가시광선을 흡수하는 제1산화물층을 형성하는 단계 및 상기 제1 산화물층의 하부에 형성되고, 상기 제1산화물층의 광 흡수에 따른 산소결손 농도를 증가시키는 제2산화물층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제1산화물층 및 상기 제2산화물층은 서로 다른 물질로 구비될 수 있다.In addition, forming the oxide semiconductor layer includes forming a first oxide layer that absorbs visible light and forming a lower part of the first oxide layer, and reducing the oxygen vacancy concentration according to light absorption of the first oxide layer. A step of forming a second oxide layer to increase the thickness, wherein the first oxide layer and the second oxide layer may be made of different materials.
또한, 상기 제1산화물층은 산소 결손을 포함한 산화아연을 포함하고, 상기 제2산화물층은 산화알루미늄을 포함할 수 있다.Additionally, the first oxide layer may include zinc oxide containing oxygen vacancies, and the second oxide layer may include aluminum oxide.
또한, 상기 산화물 반도체층은 상기 제2산화물층에 의해 상기 제1산화물층 내 산소결손의 양이 증가함에 따라 가시광선에 의한 광 전류의 생성이 증가할 수 있다.Additionally, as the amount of oxygen vacancies in the first oxide layer of the oxide semiconductor layer increases due to the second oxide layer, the generation of photocurrent by visible light may increase.
또한, 상기 제1산화물층에서 발생된 광 여기된 정공은 상기 제2산화물층에 의한 가전자대 오프셋에 의해 분리되고, 상기 제1산화물층과 상기 제2산화물층 사이의 계면에 포획되어 광 전류의 생성이 증가할 수 있다.In addition, the photo-excited holes generated in the first oxide layer are separated by the valence band offset by the second oxide layer and are captured at the interface between the first oxide layer and the second oxide layer to generate photo current. production may increase.
상기한 본 발명의 일 실시예에 따르면 밴드갭이 큰 산화물 반도체에 존재하는 산소결손을 금속 산화물간의 이종접합을 통해 제어할 수 있는 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention described above, a phototransistor for detecting visible light that can control oxygen vacancies existing in an oxide semiconductor with a large band gap through heterojunction between metal oxides and a method of manufacturing the same can be provided.
또한, 산화물 층에서 광 여기된 정공을 다른 산화물층엣서 분리하여 가시광에 의한 광전류량을 증기시킬 수 있는 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.In addition, a phototransistor for detecting visible light that can generate photocurrent by visible light by separating holes photoexcited in an oxide layer from another oxide layer and a method of manufacturing the same can be provided.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 센서를 위한 포토 트렌지스터의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 제1산화물층 및 제2산화물층의 전달 특성 및 자외선, 가시광선 투과율 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 개략도 및 전달 곡선을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 산화아연 및 이종접합층의 O1s 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 산화아연과 이종접합층의 Al 2p XPS 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 VBM 및 SEC 영역의 스펙트럼 및 에너지 밴드 정렬을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 광특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 제조 방법의 흐름을 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of a photo transistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a photo transistor for a visible light sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the transmission characteristics and ultraviolet ray and visible light transmittance spectrum of the first oxide layer and the second oxide layer of a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing a schematic diagram and transfer curve of a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing the O1s spectrum of zinc oxide and a heterojunction layer of a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing the Al 2p XPS spectrum of zinc oxide and a heterojunction layer of a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram showing the spectrum and energy band alignment of the VBM and SEC regions of a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a diagram for explaining the optical characteristics of a photo transistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a diagram illustrating the flow of a method for manufacturing a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 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.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense unless explicitly defined in the present application. No.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. In order to facilitate overall understanding when describing the present invention, the same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 센서를 위한 포토 트렌지스터의 모식도이다.FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a photo transistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a photo transistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 포토 트랜지스터(100)는 베이스 기판(10)상에 배치된 게이트 전극(110), 게이트 전극(110) 상에 배치된 게이트 절연층(120), 게이트 절연층(120) 상에 배치된 산화물 반도체층(130) 및 산화물 반도체층(130) 상에 배치된 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142)을 포함할 수 있다. 본 발명의 베이스 기판(10), 게이트 전극(110), 게이트 절연층(120) 및 소스 전극(141)과 드레인 전극(142)의 제조 방법과 적층 구조는 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 것으로 적용이 가능 한 바 이에 대한 자세한 설명은 생략하고 본 발명의 주요 기술적 특징을 중심으로 설명하도록 한다.1 and 2, the photo transistor 100 includes a
산화물 반도체층(130)은 이종의 산화물의 접합에 의해 가시광선 파장을 검출할 수 있다. 산화물 반도체층(130)은 가시광선을 흡수하는 제1산화물층(131) 및 상기 제1 산화물층(131)의 하부에 형성되고, 제1산화물층(131)의 광 흡수에 따른 산소결손 농도를 증가시키는 제2산화물층(132)을 포함할 수 있다.The
제1산화물층(131) 및 제2산화물층(132)은 서로 다른 물질로 구비될 수 있다. 예시적으로 제1산화물층(131)은 산소 결손을 포함한 산화아연(ZnO)을 포함할 수 있다. 또한 제2산화물층(132)은 산화알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다. 상기 산화아연은 넓고 직접적인 밴드갭(~3.3 eV)을 가지는 특성에 의해 UV광을 용이하게 흡수할 수 있는 물질이다. 또한, 산화아연의 고유한 결함 상태인 산소 결손은 산화아연이 N타입 반도체로 작용하게 하는 원인으로 작용한다. 산화아연의 산소 결손은 가시광선 파장을 흡수하고 광 여기된 전자를 생성할 수 있다. 본 발명은 이러한 점에 착안하여 산화아연의 결함 상태 즉 산소 결손을 제어하여 가시광선 파장을 검출한다. 또한, 광 여기된 전자 정공 쌍을 분리하여 고성능의 포토 트랜지스터를 제공한다.The
제1산화물층(131)의 산소 결손에 의한 광 전류 생성을 증가시키기 위해 제1산화물층 아래에 제2산화물층(132)이 형성될 수 있다. 제1산화물층(131)의 산화아연과 제2산화물층(132)의 산화알루미늄의 이종 접합에 의해 산화물 반도체층(130)이 이루어질 수 있으며, 제2산화물층(132)에 포함된 산화알루미늄이 제1산화물층의 산소 결손의 농도를 증가시켜 광 전류 생성이 증가될 수 있다. 산화물 반도체층(130)은 제2산화물층(132)에 의해 제1산화물층(131) 내 산소결손의 양이 증가함에 따라 가시광선에 의한 광 전류의 생성이 증가할 수 있다. 구체적으로 제1산화물층(131)에서 발생된 광 여기된 정공은 제2산화물층(132)에 의한 가전자대 오프셋에 의해 분리되고, 제1산화물층(131)과 제2산화물층(132) 사이의 계면에 포획되어 광 전류의 생성이 증가할 수 있다.A
제1산화물층(131)과 제2산화물층(132)의 형성 과정에 대해 살펴보면, 제1산화물층(131)을 형성하기 위한 산화아연 용액은 0.08319g의 ZnO 분말(Sigma Aldrich)을 12mL 수산화암모늄(Alfa Aesar)에 용해하고, 실온에서 30분 동안 교반한 후, 용액의 용해도를 증가시키기 위해 5시간 동안 냉동보관 한다. 제2산화물충(132)을 형성하기 위한 산화알루미늄 용액은 0.3751g의 질산알루미늄 비수화물(Sigma Aldrich)을 10mL의 탈이온수(DI)에 용해시킨 후 50°C에서 1시간 동안 교반하고 1시간 동안 초음파 처리하여 형성할 수 있다.Looking at the formation process of the
열 성장된 100nm 두께의 SiO2 기판 즉, 게이트 절연층(120)을 탈이온수, 아세톤 및 이소프로필 알코올로 초음파 처리하여 15분간 세척하고, 15분간 UV 오존 처리하여 유기 잔류물을 제거함으로써 친수성 기판 표면을 형성한다. 상기 산화알루미늄 용액은 30분 동안 초음파로 교반한 이후 초음파 처리된 산화알루미늄 용액을 4000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅한 후, 300°C에서 1시간 동안 어닐링 한다. 또한, 산화아연 용액을 3000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅한 후, 300°C에서 1시간 동안 어닐링 한다. 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142) 사이에 형성되는 채널 영역의 폭과 너비는 금속 섀도우 마스크를 통해 각각 100μm 및 1000μm로 형성되며, 이를 위해 3Å/s의 증착 속도로 열 증착에 의해 100nm 두께의 알루미늄 전극을 증착한다.The thermally grown 100 nm thick SiO 2 substrate, i.e., the
이하에서는 앞선 과정을 통해 형성된 포토 트랜지스터(100)의 전기화학적 성능을 검증하는 실험에 대해 설명한다.Below, an experiment to verify the electrochemical performance of the photo transistor 100 formed through the previous process will be described.
가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터(100)의 전기화학적 특성은 반도체 파라미터 분석기(HP 4145B)와 프로브 스테이션을 이용하여 측정하였다. 광전기적 특성은 1.2mW/cm2의 조도 밀도로 다양한 파장(
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 제1산화물층 및 제2산화물층의 전달 특성 및 자외선, 가시광선 투과율 스펙트럼을 도시한 도면이다.Figure 3 is a diagram showing the transmission characteristics and ultraviolet ray and visible light transmittance spectrum of the first oxide layer and the second oxide layer of a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
도 3의 (a)는 10V의 일정한 드레인 전압(VD)으로 게이트 전압 (VG)을 -30V에서 30V로 스윕하여 조명 없이 측정한 이종접합된 산화물 반도체층(130) 즉, 산화알루미늄/산화아연(이하 이종접합층)의 전달특성을 나타낸다. 두 소자 모두 약 1 × 10-13 A의 안정적인 오프 상태 전류를 보인다. 여기서 이종접합층은 각각의 산화알루미늄 및 산화아연보다 높은 온 상태 드레인 전류(ID)를 나타내 전기적 특성이 향상됨을 확인할 수 있다.Figure 3 (a) shows the heterojunction
하기의 표 1은 전기적 특성의 값(온-오프 전류비(Ion/Ioff), 문턱전압 이하 스윙(S/S), 포화 영역에서의 전계 효과 이동성(μsat)과 문턱 전압(VT)을 나타낸다. 단일 산화아연층에 비해 이종접합층의 향상된 전기적 특성은 EDS 스펙트럼에서도 볼 수 있는 산화아연의 Al 도핑 효과로 설명할 수 있다. EDS 스펙트럼에서 산화아연 영역에서 소량의 알루미늄이 관찰되는데, 이는 도핑 효과가 산화아연 증착 과정에서 산화아연으로 알루미늄이 침투하여 발생할 수 있음을 나타낸다. 도 3의 (b)는 유리 기판 위의 산화아연 및 이종접합층의 투과율 스펙트럼을 나타낸다. 산화아연 필름은 넓은 밴드 갭(~3.3 eV)으로 인해 가시광선 영역에서 높은 투명도(>90%)를 나타낸다. 투명도는 1나노미터 두께의 제2산화물층(132)을 증착한 후 무시할 수 있을 정도로 투명화 될 수 있다.Table 1 below shows the values of electrical characteristics (on-off current ratio (I on /I off ), swing below threshold voltage (S/S), field effect mobility in the saturation region (μ sat ) and threshold voltage (V T ). The improved electrical properties of the heterojunction layer compared to the single zinc oxide layer can be explained by the Al doping effect of zinc oxide, which can also be seen in the EDS spectrum. In the EDS spectrum, a small amount of aluminum is observed in the zinc oxide region. This indicates that the doping effect may occur due to aluminum permeating into zinc oxide during the zinc oxide deposition process.Figure 3(b) shows the transmittance spectrum of zinc oxide and heterojunction layer on a glass substrate.The zinc oxide film has a wide Due to the band gap (~3.3 eV), it exhibits high transparency (>90%) in the visible light region, and the transparency can be reduced to a negligible level after depositing the
[cm[cm
22
/V·s]/V·s]
[V/decade][V/decade]
[V][V]
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 개략도 및 전달 곡선을 도시한 도면이다.Figure 4 is a diagram showing a schematic diagram and transfer curve of a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
도 4의 (a)는 10V의 일정한 VD에서 다양한 파장의 빛에 노출된 이종접합층의 개략도를 나타낸다. 도 4의 (b) 및 (c)는 각각 다양한 파장(λ = 635, 520, 450 및 405 nm)의 빛에 노출된 산화아연 및 이종접합층의 전달곡선을 나타낸다. 산화아연의 넓은 밴드갭 특성에 의해 가시광선의 광자 에너지는 산화아연의 원자가 전자를 전도대로 여기 시키기에 충분하지 않다. 그러나 산화아연의 산소 결손과 같은 고유한 결함은 가시광선을 흡수하고 광 여기 전하 캐리어를 생성할 수 있다. 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 VT는 520nm 및 450nm 파장의 조명에서 음으로 변화함을 확인할 수 있다. 음의 VG에서 광생성(photogenerated)된 정공은 축적되어 산화아연 채널과 게이트 전극(110)의 SiO2 유전체 사이의 경계면에 포획되며, 포획된 정공은 추가적인 양의 게이트 바이어스를 제공하는데, 이를 광게이팅 효과라고 한다.Figure 4 (a) shows a schematic diagram of a heterojunction layer exposed to light of various wavelengths at a constant VD of 10V. Figures 4 (b) and (c) show the transfer curves of zinc oxide and heterojunction layer exposed to light of various wavelengths (λ = 635, 520, 450, and 405 nm), respectively. Due to the wide bandgap characteristics of zinc oxide, the photon energy of visible light is not sufficient to excite the valence electrons of zinc oxide into the conduction band. However, intrinsic defects, such as oxygen vacancies in zinc oxide, can absorb visible light and generate photoexcited charge carriers. As shown in (b) of FIG. 4, it can be confirmed that V T changes negatively under illumination of 520 nm and 450 nm wavelengths. At negative V G , photogenerated holes accumulate and are trapped at the interface between the zinc oxide channel and the SiO 2 dielectric of the
또한, 405nm 파장의 빛을 산화아연 광 트랜지스터에 비추면, 고에너지 광자에 의해 생성된 광 여기된 전자의 농도가 높아져 오프 상태 전류가 증가한다. 그러나, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 VT는 이종접합층을 포함하는 광 트랜지스터에서 강한 음의 변화를 보인다. 이는 강한 광게이팅 효과 또는 전하 캐리어에 기여하는 산화알루미늄에 의해 생성된 광 전류에 기인한 것일 수 있다. 제2산화물층(132)의 광전류 생성을 조사하기 위해 Si/SiO2/Al2O3 층을 제작하고 520nm 및 405nm 파장의 빛에 노출시켜 전달 특성을 측정한 결과, Al2O3는 광전류를 생성하지 않았으며, 이는 VT의 향상된 음의 변화가 제2산화물층(132)에 의한 추가 광전류 때문이 아님을 나타낸다.Additionally, when light with a wavelength of 405 nm is shined on the zinc oxide phototransistor, the concentration of photo-excited electrons generated by high-energy photons increases, thereby increasing the off-state current. However, as shown in (c) of FIG. 4, V T shows a strong negative change in an optical transistor including a heterojunction layer. This may be due to the strong photogating effect or the photocurrent generated by the aluminum oxide contributing charge carriers. In order to investigate the photocurrent generation of the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 산화아연 및 이종접합층의 O1s 스펙트럼을 도시한 도면이다.Figure 5 is a diagram showing the O1s spectrum of zinc oxide and a heterojunction layer of a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 제2산화물층(132)의 O1s스펙트럼에서 ~531.2 eV의 낮은 결합 에너지를 중심으로 하는 작은 피크는 알루미늄과 산소 결합을 나타내는 반면, ~532.83eV의 더 높은 결합 에너지를 중심으로 하는 큰 피크는 산화규소의 형태로 나타나는 실리콘(Si)과의 산소 결합을 나타낸다. 산소와 알루미늄(O-AI) 결합에 의한 작은 피크는 약 1nm 두께의 Al2O3에 의해 발생될 수 있다. 이는 X선이 Al2O3 층을 관통하여 기판에 도달하기에 충분히 얇은 두께일 수 있다. 이러한 X선의 침투는 Al2O3의 Si 2p의 XPS 스펙트럼(미도시)을 통해 확인할 수 있다.Referring to Figure 5, in the O1s spectrum of the
도 5에 도시된 바와 같이 산화아연과 이종접합층의 O1s 스펙트럼은 3개의 피크로 구분될 수 있다. 가장 낮은 결합 에너지의 피크와 다음으로 높은 결합 에너지의 피크는 각각 아연 및 산소 결손과 산소 결합에 의해 나타날 수 있다. 가장 높은 결합 에너지의 피크는 표면 오염, 예를 들어 -OH 및 -CO3에서 발생하는 산소에 할당될 수 있다. 가시광선의 흡수에서 중요한 요소인 산소 결손의 농도는 제2산화물층(132)이 추가됨에 따라, 25%에서 29%로 소폭 증가하였다.As shown in Figure 5, the O1s spectrum of zinc oxide and the heterojunction layer can be divided into three peaks. The peak of the lowest binding energy and the peak of the next highest binding energy may be caused by zinc and oxygen vacancies and oxygen bonds, respectively. The peaks with the highest binding energy can be assigned to oxygen arising from surface contamination, for example -OH and -CO 3 . The concentration of oxygen vacancies, an important factor in the absorption of visible light, slightly increased from 25% to 29% as the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 산화아연과 이종접합층의 Al 2p XPS 스펙트럼을 도시한 도면이다.Figure 6 is a diagram showing the Al 2p XPS spectrum of zinc oxide and a heterojunction layer of a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
도 6의 (a)는 산화아연 필름의 XPS 스펙트럼이고, (b)는 이종접합층의 XPS 스펙트럼을 나타낸다. 도 6의 (a)를 참조하면, 약 74.78eV의 결합 에너지에 의한 피크는 알루미늄이 Al2O3 형태로 산소와 결합함에 의해 발생될 수 있다. Figure 6 (a) shows the XPS spectrum of the zinc oxide film, and (b) shows the XPS spectrum of the heterojunction layer. Referring to (a) of FIG. 6, the peak with a binding energy of about 74.78 eV may be generated when aluminum combines with oxygen in the form of Al 2 O 3 .
도 6의 (b)를 참조하면, 이종접합층의 Al2p XPS 스펙트럼은 약 74.2eV의 결합 에너지에 의한 피크는 ZnO의 스핀코팅 과정에서 발생하는 ZnO 내 Al의 도핑 효과에 의해 발생될 수 있다. 이러한 결과는 상기 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 이종접합층의 향상된 전기적 특성과 일치한다.Referring to (b) of FIG. 6, in the Al2p These results are consistent with the improved electrical properties of the heterojunction layer, as shown in (b) of FIG. 2.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 VBM 및 SEC 영역의 스펙트럼 및 에너지 밴드 정렬을 도시한 도면이다.Figure 7 is a diagram showing the spectrum and energy band alignment of the VBM and SEC regions of a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
이종접합층이 적용된 포토 트랜지스터의 향상된 가시광 광반응 특성을 보다 명확하게 하기 위해 UPS 측정을 수행하였다. 도 7의 (a)는 VBM(valance band maximum) 및 SEC(secondary electron cut-off) 영역의 스펙트럼을 나타낸다. 도 7의 (a)를 참조하면, 산화아연과 이종접합층의 VBM 값은 각각 2.29, 2.27, 2.66eV로 측정되었다. 이종접합층의 증착과 함께 산화아연의 VBM이 증가된 것은 산화아연에 대한 알루미늄의 소량의 도핑 효과로 인한 것이다. 또한 산소 결손 상태의 농도 차이를 명확히 하기 위해 페르미 에너지 부근의 UPS 스펙트럼(미도시)을 확인한 결과 증가된 VBM은 XPS 결과와 일치하는 제2산화물층(132)이 추가될 때 산화아연에 더 많은 산소 결손이 생성됨을 나타낸다.UPS measurements were performed to further clarify the improved visible light response characteristics of the phototransistor with the heterojunction layer applied. Figure 7 (a) shows the spectrum of the VBM (valance band maximum) and SEC (secondary electron cut-off) regions. Referring to (a) of Figure 7, the VBM values of zinc oxide and heterojunction layer were measured to be 2.29, 2.27, and 2.66 eV, respectively. The increase in VBM of zinc oxide with the deposition of the heterojunction layer is due to the effect of small doping of aluminum on zinc oxide. In addition, to clarify the difference in the concentration of oxygen vacancy states, the UPS spectrum (not shown) near the Fermi energy was checked, and the increased VBM showed that more oxygen was present in zinc oxide when the
도 7의 (a)를 참조하면, 산화알루미늄과 산화아연의 일함수는 각각 2.74eV와 3.00eV로 측정되었으며, 제2산화물층(132)이 증착된 경우(이종접합층)에는 3.57eV로 증가하여 진공 수준의 이동에 있어서의 변화를 시사한다. 이러한 이동은 두 금속 산화물 사이의 헤테로 접합에 기인할 수 있다. 산소 밀도가 다른 금속 산화물이 헤테로 접합을 형성하면, 산소 밀도가 높은 금속 산화물의 산소 원자가 경계면에서 산소 밀도가 낮은 금속 산화물 쪽으로 느슨하게 결합된다. 따라서 양전하를 띤 결손으로 향하는 계면 쌍극자가 형성되어 진공 수준을 변화시킬 수 있다. Referring to (a) of Figure 7, the work functions of aluminum oxide and zinc oxide were measured to be 2.74 eV and 3.00 eV, respectively, and increased to 3.57 eV when the
도 7의 (b)는 정렬된 페르미 수준에 해당하는 산화알루미늄 및 산화아연 필름의 에너지 밴드 정렬을 나타낸다. Tauc의 플롯에 기초하여 산화알루미늄 및 산화아연 각각에 대하여 3.89 및 3.30eV의 광학 밴드 갭이 도출되었다. 도 7의 (b)를 참조하면, 원자가 및 전도대 오프셋 세트는 각각 0.37 및 0.64 eV로 도출되었다.Figure 7(b) shows the energy band alignment of the aluminum oxide and zinc oxide films corresponding to the aligned Fermi level. Based on Tauc's plot, optical band gaps of 3.89 and 3.30 eV were derived for aluminum oxide and zinc oxide, respectively. Referring to (b) of Figure 7, the valence and conduction band offset sets were derived to be 0.37 and 0.64 eV, respectively.
도 7의 (c)는 음의 게이트 바이어스가 소자에 적용될 경우의 이종접합층의 에너지 밴드 정렬을 나타낸다. 이종접합층이 적용된 포토 트랜지스터에 520nm 파장의 빛을 비추면 광 여기된 전자-정공 쌍이 생성된다. 음의 게이트 바이어스 영역에서 이러한 광생성 정공은 제2산화물층(132)에 의해 쉽게 분리된 다음, SiO2와 Al2O3 사이의 계면에 포획되어 광게이팅 효과를 일으킬 수 있다. 또한 전도대에 남아 있는 광 여기된 전자는 광 여기된 전하 캐리어에 효율적으로 기여할 수 있어 광반응 특성이 향상될 수 있다.Figure 7(c) shows the energy band alignment of the heterojunction layer when a negative gate bias is applied to the device. When light with a wavelength of 520 nm is shined on a phototransistor with a heterojunction layer applied, photoexcited electron-hole pairs are generated. In the negative gate bias region, these photogenerated holes can be easily separated by the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 광특성을 설명하기 위한 도면이다.Figure 8 is a diagram for explaining the optical characteristics of a photo transistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
도 8의 (a) 및 (b)는 파장별 조명에서 산화아연 및 이종접합층이 적용된 포토 트랜지스터의 감광성을 도시한 도면이다.Figures 8 (a) and (b) are diagrams showing the photosensitivity of a photo transistor to which zinc oxide and a heterojunction layer are applied under lighting at different wavelengths.
상기 감광성은 520nm 및 405nm 파장의 조명 조건으로, 하기의 수학식 1에 기초하여 산출될 수 있다.The photosensitivity can be calculated based on Equation 1 below under lighting conditions of 520nm and 405nm wavelengths.
[수학식 1][Equation 1]
여기서 Iphoto와 Idark는 각각 조명이 있는 ID와 없는 ID를 나타낸다. 입사광의 전력 밀도는 10V의 일정한 VD에서 약 1.2mW/cm2로 유지되었다. 도 6의 (a) 및 (b)에서 이종접합층이 적용된 포토 트랜지스터는 음의 게이트 바이어스 영역에서 산화아연만 적용된 포토 트랜지스터에 비해 높은 감광성 값을 보여준다. 산화아연층 및 이종접합층은 모두 음의 VG 영역에서 오프 상태에 있기 때문에, 광 여기 전하 캐리어의 농도가 바이어스 유도 전하 캐리어의 농도를 지배하여 광감도를 증가시킨다. Here, I photo and I dark represent I D with and without lighting , respectively. The power density of the incident light was maintained at about 1.2 mW/cm 2 at a constant V D of 10 V. In Figures 6 (a) and (b), the photo transistor to which the heterojunction layer is applied shows a higher photosensitivity value than the photo transistor to which only zinc oxide is applied in the negative gate bias region. Since both the zinc oxide layer and the heterojunction layer are in the off state in the negative V G region, the concentration of photo-excited charge carriers dominates the concentration of bias-induced charge carriers, thereby increasing photosensitivity.
반면, 양의 VG 영역에서 산화아연 및 이종접합층이 적용된 포토 트랜지스터의 감광성 값은 감소하는 양상을 보인다. 양의 게이트 바이어스 영역에서 두 장치는 온 상태이므로 채널 전류에 대한 광 여기 전하 캐리어의 기여는 광 여기 전하 캐리어를 지배하는 바이어스 유도 전하 캐리어로 인해 무시될 수 있다. 이종접합층이 적용된 포토 트랜지스터는 520nm 및 405nm 파장의 조명에서 각각 2.31 × 109 및 8.7 × 109의 향상된 감광성 값을 나타낸다.On the other hand, in the positive V G region, the photosensitivity value of the phototransistor with zinc oxide and heterojunction layer appears to decrease. In the positive gate bias region, both devices are in the on state, so the contribution of photoexcited charge carriers to the channel current can be neglected due to the bias-induced charge carriers dominating the photoexcited charge carriers. The phototransistor with the heterojunction layer exhibits improved photosensitivity values of 2.31 × 10 9 and 8.7 × 10 9 under illumination of 520 nm and 405 nm wavelengths, respectively.
포토 트랜지스터의 광반응 특성을 확인하기 위해 하기의 수학식2를 통해 광반응을 연산할 수 있다. 이때, 광출력 밀도는 -5.4V의 일정한 VG 및 10V의 VD에서 약 1.2mW/cm2로 유지되는 것으로 한다.To check the photoresponse characteristics of the phototransistor, the photoresponse can be calculated using Equation 2 below. At this time, the optical power density is maintained at about 1.2mW/cm 2 at a constant V G of -5.4V and V D of 10V.
[수학식 2][Equation 2]
여기서 Ilight는 빛에 노출된 상태의 ID, Idark는 빛에 노출되지 않은 ID, Apt는 채널 너비와 길이의 곱, Apd는 레이저 소스의 스폿 크기, Jph는 광전류 밀도이다. 감광성 값은 하기의 표 2를 통해 요약한다.Here, I light is the ID exposed to light, I dark is the ID not exposed to light, A pt is the product of the channel width and length, A pd is the spot size of the laser source, and J ph is the photocurrent density. Photosensitivity values are summarized in Table 2 below.
[A/W][A/W]
[A/W][A/W]
[A/W][A/W]
[A/W][A/W]
도 8의 (c)는 산화아연과 이종접합층이 각각 적용된 포토 트랜지스터의 광 반응을 도시한다.Figure 8 (c) shows the light response of a photo transistor to which zinc oxide and a heterojunction layer are respectively applied.
도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 산화아연 포토 트랜지스터는 635nm 파장의 빛에 노출된 상태에서 매우 적은 수준의 광반응을 가지며, 산화아연 포토 트랜지스터는 파장이 520nm에서 405nm로 감소함에 따라 광반응이 증가한다.As shown in (c) of Figure 8, the zinc oxide phototransistor has a very low level of photoresponse when exposed to light with a wavelength of 635 nm, and the zinc oxide phototransistor has a very low level of photoresponse as the wavelength decreases from 520nm to 405nm. response increases.
520nm 파장에서의 광반응 값은 산화아연과 이종접합층이 각각 적용된 포토 트랜지스터에 대해 각각 0.01 및 113.67 A/W이다. 1Hz에서 520nm 파장의 주기적 광 조명 하에서 이종접합층 포토 트랜지스터의 광변조 특성을 도 8의 (d)를 통해 확인할 수 있다. 도 8의 (d)를 참조하면, 이종접합층 포토 트랜지스터는 주기적으로 입력되는 가시광선 신호에 주기적으로 응답하여 가시광선 조명에서 광 여기된 전하 캐리어를 생성할 수 있다. The photoresponse values at 520nm wavelength are 0.01 and 113.67 A/W for the phototransistor with zinc oxide and heterojunction layer, respectively. The light modulation characteristics of the heterojunction layer phototransistor under periodic light illumination with a wavelength of 520 nm at 1 Hz can be confirmed through (d) in Figure 8. Referring to (d) of FIG. 8, the heterojunction layer photo transistor may periodically respond to a periodically input visible light signal and generate photo-excited charge carriers under visible light illumination.
앞선 결과를 바탕으로 이종접합층의 가시광선 광반응을 입증하기 위한 광학 논리 회로를 도 8의 (e)와 같이 제작하였다. 도 8의 (e)는 부하 저항이 1MΩ인 이종접합층을 포함하는 광학 논리 회로(NOT 게이트)의 개략도이다. 그림 8의 (f)는 VDD=10V에서 520nm 파장의 조명에서 입력 전압(Vin)과 ∂Vout/∂Vin에 의해 획득한 해당 이득의 함수로 출력 전압(Vout)을 나타낸다. 조명이 없는 조건에서 Vin=11.4 V일 때 1.21 V/V의 최대 이득을 얻을 수 있다. 그러나 520nm 파장의 조명 조건에서 Vout 대비 Vin 곡선은 초과 전하 캐리어의 생성으로 인해 음의 이동을 나타내며, 최대 이득은 1.00V/V에서 Vin=-7.8V로 나타난다. 따라서 넓은 밴드갭을 갖는 산화아연 트랜지스터는 가시광선 광학 논리 회로에 활용될 될 수 있다. Based on the previous results, an optical logic circuit to prove the visible light photoresponse of the heterojunction layer was manufactured as shown in Figure 8 (e). Figure 8(e) is a schematic diagram of an optical logic circuit (NOT gate) including a heterojunction layer with a load resistance of 1 MΩ. Figure 8(f) shows the output voltage (V out ) as a function of the input voltage (V in ) and the corresponding gain obtained by ∂V out /∂V in under 520nm wavelength illumination at V DD =10V. In no lighting conditions, a maximum gain of 1.21 V/V can be obtained when V in =11.4 V. However, under the illumination condition of 520 nm wavelength, the curve of V in compared to V out shows a negative shift due to the generation of excess charge carriers, and the maximum gain appears as V in = -7.8V at 1.00V/V. Therefore, zinc oxide transistors with a wide bandgap can be used in visible light optical logic circuits.
본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터는 용액 처리된 산화알루미늄층을 증착하고 넓은 밴드갭을 갖는 산화아연과 이종접합하여 가시광을 감지할 수 있다. 가시광선에 의한 광전류의 생성은 XPS, UPS 및 UV-가시광 분광법 측정에 기초하여 검출하였다. 가시광선 파장의 에너지는 산화알루미늄층 즉, 제2산화물층(132)의 증착에 의해 산소 결손을 증가시키고, 넓은 밴드갭을 갖는 산화아연층 즉, 제1산화물층(131)에서 광 여기된 전자 정공 쌍을 생성하는 것이 증명되었다. 제2산화물층(132)는 광게이팅 효과를 향상시키고, 나머지 광생성 전자는 채널 전류로 작용하여 효율적인 측면을 나태낸다. 이로인해 이종접합층이 적용된 포토 트랜지스터는 가시광선 영역에서 광반응성 = 113.67 A/W, 감광성 = 2.31 × 109의 높은 광반응 특성을 나타냄으로써 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터로서 용이하게 작용할 수 있다.A photo transistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention can detect visible light by depositing a solution-processed aluminum oxide layer and heterojunction with zinc oxide having a wide band gap. The generation of photocurrent by visible light was detected based on XPS, UPS, and UV-vis spectroscopy measurements. The energy of the visible light wavelength increases oxygen vacancies by depositing the aluminum oxide layer, that is, the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터의 제조 방법의 흐름을 도시한 도면이다.Figure 9 is a diagram illustrating the flow of a method for manufacturing a phototransistor for detecting visible light according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 단계 S910에서 베이스 기판(10)상에 게이트 전극(110)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 9, the
단계 S920에서 게이트 전극(110) 상에 게이트 절연층(120)을 형성할 수 있다.In step S920, the
단계 S930에서 게이트 절연층(120) 상에 산화물 반도체층(130)을 형성할 수 있다. 단계 S940에서 산화물 반도체층(130)은 제1산화물층(131) 및 제2산화물층(132)의 이종접합에 의해 형성될 수 있다.In step S930, the
제1산화물층(131)과 제2산화물층(132)의 형성 과정에 대해 살펴보면, 제1산화물층(131)을 형성하기 위한 산화아연 용액은 0.08319g의 ZnO 분말(Sigma Aldrich)을 12mL 수산화암모늄(Alfa Aesar)에 용해하고, 실온에서 30분 동안 교반한 후, 용액의 용해도를 증가시키기 위해 5시간 동안 냉동보관 한다. 제2산화물충(132)을 형성하기 위한 산화알루미늄 용액은 0.3751g의 질산알루미늄 비수화물(Sigma Aldrich)을 10mL의 탈이온수(DI)에 용해시킨 후 50°C에서 1시간 동안 교반하고 1시간 동안 초음파 처리하여 형성할 수 있다.Looking at the formation process of the
열 성장된 100nm 두께의 SiO2 기판 즉, 게이트 절연층(120)을 탈이온수, 아세톤 및 이소프로필 알코올로 초음파 처리하여 15분간 세척하고, 15분간 UV 오존 처리하여 유기 잔류물을 제거함으로써 친수성 기판 표면을 형성한다. 상기 산화알루미늄 용액은 30분 동안 초음파로 교반한 이후 초음파 처리된 산화알루미늄 용액을 4000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅한 후, 300°C에서 1시간 동안 어닐링 한다. 또한, 산화아연 용액을 3000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅한 후, 300°C에서 1시간 동안 어닐링 한다. 소스 전극 (141) 및 드레인 전극 (142) 사이에 형성되는 채널 영역의 폭과 너비는 금속 섀도우 마스크를 통해 각각 100μm 및 1000μm로 형성되며, 이를 위해 3 Å/s의 증착 속도로 열 증착에 의해 100 나노미터 두께의 알루미늄 전극을 증착한다.The thermally grown 100 nm thick SiO 2 substrate, that is, the
단계 S950에서 산화물 반도체층(130) 상에 소스 전극(141) 및 드레인 전극(142)을 형성할 수 있다.In step S950, the
상술한 실시 예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에 만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에 서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다.The features, structures, effects, etc. described in the above-described embodiments are included in at least one embodiment of the present invention and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified and implemented in other embodiments by a person with ordinary knowledge in the field to which the embodiments belong.
따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 이상에서 실시 예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, contents related to such combinations and modifications should be construed as being included in the scope of the present invention. In addition, although the description has been made focusing on the embodiments above, this is only an example and does not limit the present invention, and those skilled in the art will understand the above examples without departing from the essential characteristics of the present embodiments. You will be able to see that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. And these variations and differences in application should be construed as being included in the scope of the present invention as defined in the attached claims.
10: 베이스 기판
100: 가시광 감지를 위한 포토 트랜지스터
110: 게이트 전극
120: 게이트 절연층
130: 산화물 반도체층
131: 제1산화물층
132: 제2산화물층
141: 소스 전극
142: 드레인 전극10: Base substrate
100: Phototransistor for visible light detection
110: gate electrode
120: Gate insulating layer
130: Oxide semiconductor layer
131: first oxide layer
132: Second oxide layer
141: source electrode
142: drain electrode
Claims (10)
베이스 기판 상에 배치된 게이트 전극;
상기 게이트 전극 상에 배치된 게이트 절연층;
상기 게이트 절연층 상에 배치된 산화물 반도체층; 및
상기 산화물 반도체층 상에 배치된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하고,
상기 산화물 반도체층은 이종의 산화물의 접합에 의해 가시광선 파장을 검출하는 것인, 포토 트랜지스터.
In a phototransistor for detecting visible light,
A gate electrode disposed on a base substrate;
a gate insulating layer disposed on the gate electrode;
An oxide semiconductor layer disposed on the gate insulating layer; and
It includes a source electrode and a drain electrode disposed on the oxide semiconductor layer,
A phototransistor in which the oxide semiconductor layer detects visible light wavelengths by bonding different types of oxides.
상기 산화물 반도체층은
가시광선을 흡수하는 제1산화물층; 및
상기 제1 산화물층의 하부에 형성되고, 상기 제1산화물층의 광 흡수에 따른 산소결손 농도를 증가시키는 제2산화물층을 포함하되,
상기 제1산화물층 및 상기 제2산화물층은 서로 다른 물질로 구비되는 것인, 포토 트랜지스터.
According to paragraph 1,
The oxide semiconductor layer is
A first oxide layer that absorbs visible light; and
A second oxide layer formed below the first oxide layer and increasing the oxygen vacancy concentration due to light absorption of the first oxide layer,
A photo transistor wherein the first oxide layer and the second oxide layer are made of different materials.
상기 제1산화물층은 산소 결손을 포함한 산화아연을 포함하고,
상기 제2산화물층은 산화알루미늄을 포함하는 것인, 포토 트랜지스터.
According to paragraph 2,
The first oxide layer includes zinc oxide containing oxygen vacancies,
A photo transistor wherein the second oxide layer includes aluminum oxide.
상기 산화물 반도체층은
상기 제2산화물층에 의해 상기 제1산화물층 내 산소결손의 양이 증가함에 따라 가시광선에 의한 광 전류의 생성이 증가하는 것인, 포토 트랜지스터.
According to paragraph 2,
The oxide semiconductor layer is
A phototransistor in which the generation of photocurrent by visible light increases as the amount of oxygen vacancies in the first oxide layer increases due to the second oxide layer.
상기 제1산화물층에서 발생된 광 여기된 정공은 상기 제2산화물층에 의한 가전자대 오프셋에 의해 분리되고, 상기 제1산화물층과 상기 제2산화물층 사이의 계면에 포획되어 광 전류의 생성이 증가하는 것인, 포토 레지스터.
According to paragraph 4,
The photo-excited holes generated in the first oxide layer are separated by the valence band offset by the second oxide layer and are captured at the interface between the first oxide layer and the second oxide layer to generate a photo current. Photoresistor is increasing.
베이스 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
상기 게이트 전극 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
상기 게이트 절연층 상에 산화물 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 산화물 반도체층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 산화물 반도체층은 이종의 산화물의 접합에 의해 가시광선 파장을 검출하는 것인, 포토 트랜지스터 제조 방법.
In a method of manufacturing a phototransistor for detecting visible light,
forming a gate electrode on a base substrate;
forming a gate insulating layer on the gate electrode;
forming an oxide semiconductor layer on the gate insulating layer; and
Comprising forming a source electrode and a drain electrode on the oxide semiconductor layer,
A method of manufacturing a phototransistor, wherein the oxide semiconductor layer detects visible light wavelengths by bonding different types of oxides.
상기 산화물 반도체층을 형성하는 단계는
가시광선을 흡수하는 제1산화물층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 산화물층의 하부에 형성되고, 상기 제1산화물층의 광 흡수에 따른 산소결손 농도를 증가시키는 제2산화물층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 제1산화물층 및 상기 제2산화물층은 서로 다른 물질로 구비되는 것인, 포토 트랜지스터 제조 방법.
According to clause 6,
The step of forming the oxide semiconductor layer is
forming a first oxide layer that absorbs visible light; and
Forming a second oxide layer below the first oxide layer and increasing the oxygen vacancy concentration due to light absorption of the first oxide layer,
A phototransistor manufacturing method, wherein the first oxide layer and the second oxide layer are made of different materials.
상기 제1산화물층은 산소 결손을 포함한 산화아연을 포함하고,
상기 제2산화물층은 산화알루미늄을 포함하는 것인, 포토 트랜지스터 제조 방법.
In clause 7,
The first oxide layer includes zinc oxide containing oxygen vacancies,
A phototransistor manufacturing method, wherein the second oxide layer includes aluminum oxide.
상기 산화물 반도체층은
상기 제2산화물층에 의해 상기 제1산화물층 내 산소결손의 양이 증가함에 따라 가시광선에 의한 광 전류의 생성이 증가하는 것인, 포토 트랜지스터 제조 방법.
In clause 7,
The oxide semiconductor layer is
A phototransistor manufacturing method in which the generation of photocurrent by visible light increases as the amount of oxygen vacancies in the first oxide layer increases due to the second oxide layer.
상기 제1산화물층에서 발생된 광 여기된 정공은 상기 제2산화물층에 의한 가전자대 오프셋에 의해 분리되고, 상기 제1산화물층과 상기 제2산화물층 사이의 계면에 포획되어 광 전류의 생성이 증가하는 것인, 포토 레지스터 제조 방법.According to clause 9,
The photo-excited holes generated in the first oxide layer are separated by the valence band offset by the second oxide layer and are captured at the interface between the first oxide layer and the second oxide layer to generate a photo current. Photoresistor manufacturing methods are increasing.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101711870B1 (en) | 2009-12-23 | 2017-03-06 | 삼성디스플레이 주식회사 | Thin film transistor, manufacturing method thereof and display substrate using the thin film transistor |
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Patent Citations (1)
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