KR20240020554A - 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 및 이를 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이 - Google Patents

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diode optical
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임미경
이진영
김광섭
김현돈
권민우
강우석
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서는 제1 전극; 상기 제1 전극에 연결되는 반도체층; 상기 반도체층과 접촉하여 상기 반도체층 위에 형성되는 MDM 적층 부재; 그리고 상기 MDM 적층 부재에 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 MDM 적층 부재는 적어도 하나 이상의 서브 MDM 적층 부재를 포함하고, 상기 서브 MDM 적층 부재는 차례로 적층된 하부 금속층, 유전체층, 그리고 상부 금속층을 포함하며, 상기 반도체층과 접촉하는 상기 하부 금속층은 쇼트키 접합 영역을 형성한다.

Description

협대역 쇼트키 다이오드 광센서 및 이를 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이 {SCHOTTKY DIODE OPTICAL SENSOR AND SCHOTTKY DIODE OPTICAL SENSOR ARRAY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 및 이를 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 위에 금속을 증착시켜 형성한 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 및 이를 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이에 관한 것이다.
쇼트키 다이오드(Schottky diode) 광센서는 반도체 위에 금속을 증착시켜 형성되므로, 매우 간단한 형태의 광센서이다. 쇼트키 다이오드 광센서에서 쇼트키 접합(Schottky junction)이 이루어지면, 금속과 접하는 반도체 영역에 공핍 영역(depletion region)이 형성되고, 공핍 영역에서의 양자 효율(quantum efficiency)이 매우 높기 때문에, 광센서의 센싱 능력을 향상시키기 위해서는 금속을 통과하여 반도체 영역에 빛이 많이 흡수되어야 한다. 그러나, 금속의 표면은 주로 반사도가 높기 때문에, 금속이 흡수를 적게 하더라도 금속을 투과하여 반도체 영역에 흡수되는 빛은 적을 수 있다.
이를 방지하기 위해 종래에는 쇼트키 다이오드 광센서에서 금속 위에 반사 방지 코팅(Antireflection coating)을 형성함으로써, 전체 파장 영역에서 흡수율을 높였다. 그러나, 반도체 공정 모니터링, 라만 분광기 등과 같이 특정 파장에서의 광검출이 필요한 경우, 전체 파장 영역에서 높은 응답도(responsivity)를 가지는 광센서보다는, 특정 파장 영역에서만 높은 응답도를 가지며 나머지 파장 영역에서는 낮은 응답도를 갖는 광센서가 필요하다.
또한, 종래에는 쇼트키 다이오드 광센서에서 금속을 격자 구조로 형성함으로써, 협대역에 응답 가능한 광센서를 구현하였으나, 초협대역 구현에 한계가 있고, 특정 파장 영역 외의 다른 파장 영역을 억제하지 못하므로, 불필요한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광센서에 열화가 발생할 수 있다.
또한, 종래에는 쇼트키 다이오드 광센서에서 금속(그래핀), 두꺼운 반도체, 금속(백미러)의 MDM 구조를 이용하여 초 협대역에 응답 가능한 광센서를 구현하였으나, 두꺼운 반도체에 의해 많은 멀티 피크(multiple peak)을 생성하게 되며, 원하는 파장 대역을 맞추기 위해서는 반도체의 두께를 미세하게 조절해야 한다.
광검출기는 검출가능한 모든 파장에서 오는 빛을 파장별 감응도(sensitivity)에 따라 전기 신호로 변환하여 검출하기 때문에 특정 파장의 빛만 검출하고자 한다면 그 특정 파장을 제외한 모든 파장을 억제해야 한다. 그러나, 종래의 쇼트키 다이오드 광센서는 협대역을 구현하지 못하거나, 협대역을 구현한다 해도 다른 파장 영역을 억제하지 못한다는 한계가 있다.
본 발명은 협대역 응답이 가능하고, 다른 파장 영역을 억제할 수 있는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 및 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서는 제1 전극; 상기 제1 전극에 연결되는 반도체층; 상기 반도체층과 접촉하여 상기 반도체층 위에 형성되는 MDM 적층 부재; 그리고 상기 MDM 적층 부재에 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 MDM 적층 부재는 적어도 하나 이상의 서브 MDM 적층 부재를 포함하고, 상기 서브 MDM 적층 부재는 차례로 적층된 하부 금속층, 유전체층, 그리고 상부 금속층을 포함하며, 상기 반도체층과 접촉하는 상기 하부 금속층은 쇼트키 접합 영역을 형성한다.
또한, 상기 적어도 하나 이상의 MDM 적층 부재 중 적어도 하나는 제로 오더 서브 MDM 적층 부재를 포함하고, 상기 제로 오더 서브 MDM 적층 부재는 아래 수학식으로 정의되는 상기 유전체층의 두께 d에서, m = 0인 서브 MDM 적층 부재를 의미한다.
[수학식]
여기서, n은 상기 유전체층의 굴절률이고, 는 상기 유전체층과 상기 하부 금속층 또는 상기 유전체층과 상기 상부 금속층 사이의 위상 이동값이고, 는 피크가 발생하는 특정 파장을 나타낸다.
또한, 상기 유전체층은 단파장 차단 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 단파장 차단 물질은 이산화규소(SiO2), 세륨트리플로라이드(CeF3), 이산화타이타늄 (TiO2), 황화아연(ZnS), 산화규소(SiO) 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 MDM 적층 부재 위에 형성되는 반사 방지막을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 MDM 적층 부재 위에 형성되는 유전체 필터를 더 포함하고, 상기 유전체 필터는 제1 고굴절 유전체층 및 제1 저굴절 유전체층이 교대로 적층되는 제1 유전층, 상기 제1 유전층과 이격되어 위치하며 제2 고굴절 유전체층 및 제2 저굴절 유전체층이 교대로 적층되는 제2 유전층, 그리고 상기 제1 유전층과 상기 제2 유전층 사이에 개재되는 캐버티층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유전체 필터 위에 형성되는 단파장 차단 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단파장 차단 필터는 교대로 적층되는 제3 고굴절 유전체층 및 제3 저굴절 유전체층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서를 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이는 기판, 그리고 상기 기판 위에 위치하는 복수의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서를 포함하고, 상기 복수의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서는 서로 다른 복수의 파장 대역에 각각 응답 가능하며, 상기 협대역 쇼트키 다이오드 광센서는 제1 전극; 상기 제1 전극에 연결되는 반도체층; 상기 반도체층과 접촉하여 상기 반도체층 위에 형성되는 MDM 적층 부재; 그리고 상기 MDM 적층 부재에 연결되는 제2 전극을 포함하고, 상기 MDM 적층 부재는 적어도 하나 이상의 서브 MDM 적층 부재를 포함하고, 상기 서브 MDM 적층 부재는 차례로 적층된 하부 금속층, 유전체층, 그리고 상부 금속층을 포함하며, 상기 반도체층과 접촉하는 상기 하부 금속층은 쇼트키 접합 영역을 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 및 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이는 반도체층과 접촉하여 반도체층 위에 형성되는 MDM 적층 부재를 형성함으로써, 단파장 및 장파장 영역을 효과적으로 차단할 수 있으므로, 특정 파장에서만 응답도를 향상시키는 협대역 응답이 가능하다. 따라서, 불필요한 파장 대역을 사전에 차단하여 특정 파장의 광신호에 대한 감응도(sensitivity)를 높일 수 있고, 불필요한 파장 대역의 흡수로 인한 열화를 막을 수 있다.
또한, 필터와 광센서 간의 정렬이 불필요하여 단순한 광학 시스템을 구현할 수 있고, 소형화에 유리하다.
또한, 협대역 응답이 가능하므로, 필터 없이도 특정 파장만 검출할 수 있어, 반도체 공정 모니터링 등에 적용될 수 있다.
또한, MDM 적층 부재 위에 반사 방지막을 위치시켜 원하는 파장에서의 응답도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, MDM 적층 부재 위에 유전체 필터를 위치시킴으로써, 단파장 영역 및 장파장 영역을 차단하는 동시에 초협대역 응답을 구현할 수 있으며, MDM 적층 부재 위에 차례로 유전체 필터 및 단파장 차단 필터를 위치시킴으로써, 단파장 영역 및 장파장 영역을 차단하는 동시에 초협대역 응답을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에서 계산된 파장에 따른 반도체층의 광 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서의 개략적인 도면이다.
도 4는 도 3의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에서 계산된 파장에 따른 반도체층의 광 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서의 개략적인 도면이다.
도 6은 도 5의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에서 계산된 파장에 따른 반도체층의 광 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서의 개략적인 도면이다.
도 8은 도 7의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에서 계산된 파장에 따른 반도체층의 광 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서의 개략적인 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서는 제1 전극(100), 반도체층(200), MDM 적층 부재(300), 그리고 제2 전극(400)을 포함한다.
제1 전극(100)은 금속 등의 도전체로 이루어질 수 있으며, 반도체층(200)에 연결될 수 있다. 이러한 제1 전극(100)은 반도체층(200)과 쇼트키 접합을 형성하지 않고 옴 접합을 형성하는 도전체일 수 있다. 제1 전극(100)은 알루미늄(Al)등을 포함할 수 있다. 제1 전극(100)은 반도체층(200)에서 발생하는 광전류를 외부로 전달할 수 있다. 이러한 제1 전극(100)은 광을 흡수하지 않도록, 반도체층(200)의 두께는 제1 전극(100)의 두께보다 클 수 있다.
반도체층(200)은 제1 전극(100) 위에 위치하며 제1 전극(100)에 연결될 수 있다. 반도체층(200)은 가시광 영역의 검출이 가능한 밴드갭(bandgap)을 가지는 반도체인 규소(Si), 갈륨인(GaP), 갈륨비소(GaAs) 등을 포함할 수 있다.
MDM 적층 부재(300)는 반도체층(200)과 접촉하여 반도체층(200) 위에 형성될 수 있다.
MDM 적층 부재(300)는 적어도 하나 이상의 서브 MDM 적층 부재(310, 320, 330)를 포함할 수 있다. 도 1에는 MDM 적층 부재(300)가 3개의 서브 MDM 적층 부재(310, 320, 330)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, MDM 적층 부재(300)는 다양한 개수의 서브 MDM 적층 부재로 이루어질 수 있다. 이하에서 MDM 적층 부재가 3개의 서브 MDM 적층 부재(310, 320, 330)를 포함하는 실시예를 기준으로 설명한다.
적어도 하나 이상의 서브 MDM 적층 부재(310, 320, 330)는 차례로 적층된 제1 서브 MDM 적층 부재(310), 제2 서브 MDM 적층 부재(320), 그리고 제3 서브 MDM 적층 부재(330)를 포함할 수 있다.
각각의 서브 MDM 적층 부재(310, 320, 330)는 차례로 적층된 하부 금속층(310d, 320d, 330d), 유전체층(310m, 320m, 330m), 그리고 상부 금속층(310u, 320u, 330u)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 서브 MDM 적층 부재(310)는 차례로 적층된 제1 하부 금속층(310d), 제1 유전체층(310m), 그리고 제1 상부 금속층(310u)을 포함할 수 있다. 제2 서브 MDM 적층 부재(320)는 차례로 적층된 제2 하부 금속층(320d), 제2 유전체층(320m), 그리고 제2 상부 금속층(320u)을 포함할 수 있다. 제3 서브 MDM 적층 부재(330)는 차례로 적층된 제3 하부 금속층(330d), 제3 유전체층(330m), 그리고 제3 상부 금속층(330u)을 포함할 수 있다.
제1 하부 금속층(310d)은 반도체층(200)과 직접 접촉하며, 제1 하부 금속층(310d)과 반도체층(200)의 경계부에 쇼트키 접합 영역을 형성할 수 있다. 이 경우, 제1 하부 금속층(310d)과 반도체층(200)의 경계면 (즉, 쇼트키 접합 영역)에 가까운 위치의 반도체층(200) 내부의 공핍 영역에서 양자 효율(quantum efficiency)이 매우 높으므로 광을 센싱할 수 있다. 다이오드의 응답 특성은 주로 반도체층(200)의 광 흡수율과 유사하며, 제1 하부 금속층(310d)는 쇼트키 접합 영역을 형성하는 다이오드로 사용되는 동시에 광 필터로도 사용될 수 있다. 제1 하부 금속층(310d)은 니켈(Ni), 니켈실리사이드(NiSi), 금(Au) 등을 포함할 수 있다.
서브 MDM 적층 부재(310, 320, 330) 중 적어도 하나는 제로 오더 서브 MDM 적층 부재를 포함할 수 있다.
제로 오더 서브 MDM 적층 부재는 아래 수학식으로 정의되는 유전체층(310m, 320m, 330m)의 두께 d에서, m = 0인 서브 MDM 적층 부재를 의미한다.
[수학식]
여기서, n은 유전체층의 굴절률이고, 는 유전체층와 하부 금속층 또는 유전체층과 상부 금속층 사이의 위상 이동값이고, 는 피크(peak)가 발생하는 특정 파장이며, m은 피크 오더(peak order)를 나타낸다. 는 하부 금속층(310d, 320d, 330d)과 유전체층(310m, 320m, 330m)의 경계면, 그리고 상부 금속층(310u, 320u, 330u)과 유전체층(310m, 320m, 330m)의 경계면에서 반사가 일어날 때의 위상 이동값으로서, 0 내지 1의 범위를 가진다. 예컨대, 하부 금속층(310d, 320d, 330d)과 상부 금속층(310u, 320u, 330u)이 모두 은(Ag)로 이루어지는 경우, 는 0.7의 값을 가질 수 있다.
유전체층(310m, 320m, 330m)의 두께(d)를 조절하여 제로 오더 서브 MDM 적층 부재를 형성할 수 있다.
이와 같이, 제로 오더 서브 MDM 적층 부재를 형성함으로써, 장파장 영역에서 추가적인 피크(peak), 즉 반도체층(200)의 광 흡수율이 증가되는 부분이 없으므로, 장파장 영역을 효과적으로 차단할 수 있다. 따라서, 장파장 영역에서 반도체층(200)의 광 흡수를 차단할 수 있다.
또한, 피크 오더(m)가 0 내지 5인 서브 MDM 적층 부재(310, 320, 330)를 반복 적층함으로써, 투과 영역의 폭(W)인 반치폭(Full Width at Half Maximum,　FWHM) (FWHM)을 줄일 수 있다. 이 때, MDM 적층 부재에서 피크 오더 중 하이 오더 피크(high order peak)를 특정 파장 영역에 위치하도록 하고, 멀티플 피크(multiple peak)가 서로 겹쳐지지 않게 하여 협대역 응답을 구현할 수 있다.
한편, 유전체층(310m, 320m, 330m)은 단파장 차단 물질을 포함할 수 있다. 단파장 차단 물질은 이산화규소(SiO2), 세륨트리플로라이드(CeF3), 이산화타이타늄 (TiO2), 황화아연(ZnS), 산화규소(SiO) 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
유전체층(310m, 320m, 330m)이 단파장 차단 물질을 포함함으로써, MDM 적층 부재(300)는 단파장 영역을 차단할 수 있다. 예컨대, 이산화규소(SiO2)를 포함하는 유전체층(310m, 320m, 330m)은 200nm 이하의 단파장 영역에서 반도체층(200)의 광 흡수를 차단할 수 있고, 세륨트리플로라이드(CeF3)를 포함하는 유전체층(310m, 320m, 330m)은 300nm 이하의 단파장 영역에서 반도체층(200)의 광 흡수를 차단할 수 있으며, 이산화타이타늄(TiO2)를 포함하는 유전체층(310m, 320m, 330m)은 350nm 이하의 단파장 영역에서 반도체층(200)의 광 흡수를 차단할 수 있고, 황화아연(ZnS) 를 포함하는 유전체층(310m, 320m, 330m)은 380nm 이하의 단파장 영역에서 반도체층(200)의 광 흡수를 차단할 수 있으며, 산화규소(SiO)를 포함하는 유전체층(310m, 320m, 330m)은 500nm 이하의 단파장 영역에서 반도체층(200)의 광 흡수를 차단할 수 있다. 이와 같이, 유전체층(310m, 320m, 330m)이 단파장 영역을 차단함으로써, 협대역 응답을 구현할 수 있다.
제2 전극(400)은 금속 등의 도전체로 이루어질 수 있으며, MDM 적층 부재(300)의 제1 하부 금속층(310d)에 접촉되며, 반도체층(200)에서 발생하는 광전류를 제1 하부 금속층(310d)를 거쳐 외부로 전달할 수 있다. 본 실시예에서는 제2 전극(400)이 제1 하부 금속층(310d)에 수평으로 인접하여 접하는 구조를 예시로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 전극(400)이 제1 하부 금속층(310d)에 접하는 다양한 구조가 가능하다.
또한, MDM 적층 부재(300)는 적어도 하나 이상의 서브 MDM 적층 부재(310, 320, 330)를 포함함으로써, 협대역 응답을 구현할 수 있다.
도 2는 도 1의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에서 계산된 파장에 따른 반도체층의 광 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 특정 파장 영역에서 광 흡수율이 증가되어 협대역 응답이 가능하다. 즉, 560nm의 피크 발생 파장(λp)에서 광 흡수율이 최대가 되고, 투과 영역의 폭(W)을 줄여 협대역 응답을 구현할 수 있다.
한편, 상기 일 실시예와 달리 MDM 적층 부재 위에 반사 방지막이 형성되는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 3을 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서의 개략적인 도면이다.
도 3에 도시된 다른 실시예는 도 1에 도시된 일 실시예와 비교하여 반사 방지막의 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서는 제1 전극(100), 반도체층(200), MDM 적층 부재(300), 반사 방지막(500), 그리고 제2 전극(400)을 포함한다.
반사 방지막(500)은 MDM 적층 부재(300) 위에 형성될 수 있다. MDM 적층 부재(300)는 적어도 하나 이상의 서브 MDM 적층 부재(310, 320, 330)를 포함하고, 각각의 서브 MDM 적층 부재(310, 320, 330)는 차례로 적층된 하부 금속층(310d, 320d, 330d), 유전체층(310m, 320m, 330m), 그리고 상부 금속층(310u, 320u, 330u)을 포함하므로, 하부 금속층(310d, 320d, 330d) 및 상부 금속층(310u, 320u, 330u)에 의해 광이 반사되어 반도체층(200)에 입사되는 광의 양은 줄게 된다. 그러나, 본 실시예에서는 MDM 적층 부재(300) 위에 반사 방지막(500)을 형성함으로써, 하부 금속층(310d, 320d, 330d) 및 상부 금속층(310u, 320u, 330u)에 의한 광의 반사를 최소화하여 반도체층(200)에서의 광의 흡수율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 원하는 특정 파장에서의 응답도를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 4는 도 3의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에서 계산된 파장에 따른 반도체층의 광 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 특정 파장 영역에서 광 흡수율이 증가되어 협대역 응답이 가능하다. 즉, 560nm의 피크 발생 파장(λp)에서 광 흡수율이 최대가 되고, 투과 영역의 폭(W)을 더욱 줄여 협대역 응답을 구현할 수 있다.
한편, 상기 일 실시예와 달리 MDM 적층 부재 위에 유전체 필터가 형성되는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 5를 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에 대해 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서의 개략적인 도면이다.
도 5에 도시된 다른 실시예는 도 1에 도시된 일 실시예와 비교하여 유전체 필터의 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서는 제1 전극(100), 반도체층(200), MDM 적층 부재(300), 유전체 필터(600), 그리고 제2 전극(400)을 포함한다.
유전체 필터(600)는 MDM 적층 부재(300) 위에 형성될 수 있다. 유전체 필터(600)는 제1 유전층(610), 제2 유전층(620), 그리고 캐버티층(cavity layer)(630)을 포함할 수 있다. 제1 유전층(610)은 제1 고굴절 유전체층(610H) 및 제1 저굴절 유전체층(610L)이 교대로 적층될 수 있다.
제2 유전층(620)은 제1 유전층(610)과 이격되어 위치하며 제2 고굴절 유전체층(620H) 및 제2 저굴절 유전체층(620L)이 교대로 적층될 수 있다.
이 때, 제1 고굴절 유전체층(610H) 및 제2 고굴절 유전체층(620H)의 두께는 이며, 제1 저굴절 유전체층(610L) 및 제2 저굴절 유전체층(620L)의 두께는 일 수 있다. 는 협대역의 중심 파장이고, 는 제1 고굴절 유전체층(610H) 및 제2 고굴절 유전체층(620H)의 굴절률이고, 은 제1 저굴절 유전체층(610L) 및 제2 저굴절 유전체층(620L)의 굴절률이다.
캐버티층(630)은 제1 유전층(610)과 제2 유전층(620) 사이에 개재될 수 있다. 캐버티층(630)의 두께는 일 수 있다. 여기서, m은 자연수이고, n은 캐버티층의 굴절률이다.
이러한 유전체 필터는 초협대역 응답 특성을 구현할 수 있으나, 장파장 영역 및 단파장 영역에서 원치않는 투과 영역이 발생할 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 MDM 적층 부재(300)와 유전체 필터(600)를 모두 형성함으로써, MDM 적층 부재(300)를 이용하여 장파장 영역 및 단파장 영역을 차단하고, 유전체 필터를 이용하여 초협대역 응답 특성을 구현할 수 있다.
도 6은 도 5의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에서 계산된 파장에 따른 반도체층의 광 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 특정 파장 영역에서 광 흡수율이 증가되어 초협대역 응답이 가능하다. 즉, 560nm의 피크 발생 파장(λp)에서 광 흡수율이 최대가 되고, 투과 영역의 폭(W)을 2.4nm까지 줄여 초협대역 응답을 구현할 수 있다.
한편, 상기 도 5에 도시된 다른 실시예와 달리 유전체 필터 위에 단파장 차단 필터가 더 형성되는 다른 실시예도 가능하다.
이하에서, 도 7을 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에 대해 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서의 개략적인 도면이다.
도 7에 도시된 다른 실시예는 도 5에 도시된 다른 실시예와 비교하여 단파장 차단 필터의 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서는 제1 전극(100), 반도체층(200), MDM 적층 부재(300), 유전체 필터(600), 단파장 차단 필터(710), 그리고 제2 전극(400)을 포함한다
단파장 차단 필터(710)는 교대로 적층되는 제3 고굴절 유전체층(710H) 및 제3 저굴절 유전체층(710L)을 포함할 수 있다.
따라서, MDM 적층 부재(300)를 이용하여 장파장 영역만을 차단하고, 단파장 차단 필터(710)를 이용하여 단파장 영역을 차단하며, 유전체 필터(600)를 이용하여 초협대역 응답 특성을 구현할 수 있다.
도 8은 도 7의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서에서 계산된 파장에 따른 반도체층의 광 흡수율을 나타낸 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 특정 파장 영역에서 광 흡수율이 증가되어 초협대역 응답이 가능하다. 즉, 560nm의 피크 발생 파장(λp)에서 광 흡수율이 최대가 되고, 투과 영역의 폭(W)을 1.8nm까지 줄여 초협대역 응답을 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서를 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이에 대해 이하에서 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이의 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이는 기판(11), 그리고 기판(11) 위에 위치하는 복수의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서(20)를 포함한다.
기판(11)은 복수의 배선들이 형성되어 복수의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서(20)와 연결될 수 있다.
복수의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서는 제1 쇼트키 다이오드 광센서(21), 제2 쇼트키 다이오드 광센서(22), 그리고 제3 쇼트키 다이오드 광센서(23)를 포함할 수 있다. 제1 쇼트키 다이오드 광센서(21), 제2 쇼트키 다이오드 광센서(22), 그리고 제3 쇼트키 다이오드 광센서(23)는 각각 MDM 적층 부재(300)를 포함함으로써, 초협대역 응답 특성을 구현할 수 있다.
제1 쇼트키 다이오드 광센서(21)는 제1 파장 대역(λ1)에 응답 가능하며, 제2 쇼트키 다이오드 광센서(22)는 제1 파장 대역(λ1)과 다른 제2 파장 대역(λ2)에 응답 가능하고, 제3 쇼트키 다이오드 광센서(23)는 제1 파장 대역(λ1) 및 제2 파장 대역(λ2)과 다른 제2 파장 대역(λ3)에 응답 가능하다.
본 실시예에서 서로 다른 3개의 파장 대역(λ1, λ2, λ3)에 각각 응답 가능한 제1 쇼트키 다이오드 광센서(21), 제2 쇼트키 다이오드 광센서(22), 그리고 제3 쇼트키 다이오드 광센서(23)가 개시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 파장 대역에 응답 가능한 쇼트키 다이오드 광센서를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이는 복수의 파장 대역에 각각 응답 가능한 복수의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서를 포함함으로써, 다양한 파장 대역에 대해 초협대역 응답 특성을 구현할 수 있다.
이러한 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이를 이용하여 반도체 공정을 모니터링함으로써, 플라즈마 광원에서 방출되는 방출 광신호의 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 즉, 광경로 정렬이 필요하지 않고, 소형화가 용이하고, 초협대역 응답 특성을 구현 가능한 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이를 이용하여 반도체 공정을 모니터링함으로써, 플라즈마 광원에서 방출되는 방출 광신호의 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, 측정 데이터 분산도를 이용하여 협대역 쇼트키 다이오드 광센서의 교체 주기를 파악하고, 플라즈마 광원의 공간 분포를 측정할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
100: 제1 전극 200: 반도체층
300: MDM 적층 부재 310d, 320d, 330d: 하부 금속층
310m, 320m, 330m: 유전체층 310u, 320u, 330u: 상부 금속층
400: 제2 전극 500: 반사 방지막
600: 유전체 필터 710: 단파장 차단 필터

Claims (9)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극에 연결되는 반도체층;
    상기 반도체층과 접촉하여 상기 반도체층 위에 형성되는 MDM 적층 부재; 그리고
    상기 MDM 적층 부재에 연결되는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 MDM 적층 부재는 적어도 하나 이상의 서브 MDM 적층 부재를 포함하고,
    상기 서브 MDM 적층 부재는 차례로 적층된 하부 금속층, 유전체층, 그리고 상부 금속층을 포함하며,
    상기 반도체층과 접촉하는 상기 하부 금속층은 쇼트키 접합 영역을 형성하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서.
  2. 제1항에서,
    상기 적어도 하나 이상의 MDM 적층 부재 중 적어도 하나는 제로 오더 서브 MDM 적층 부재를 포함하고,
    상기 제로 오더 서브 MDM 적층 부재는 아래 수학식으로 정의되는 상기 유전체층의 두께 d에서, m = 0인 서브 MDM 적층 부재를 의미하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서.
    [수학식]

    여기서, n은 상기 유전체층의 굴절률이고, 는 상기 유전체층과 상기 하부 금속층 또는 상기 유전체층과 상기 상부 금속층 사이의 위상 이동값이고, 는 피크가 발생하는 특정 파장을 나타낸다.
  3. 제1항에서,
    상기 유전체층은 단파장 차단 물질을 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서.
  4. 제3항에서,
    상기 단파장 차단 물질은 이산화규소(SiO2), 세륨트리플로라이드(CeF3), 이산화타이타늄 (TiO2), 황화아연(ZnS), 산화규소(SiO) 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서.
  5. 제2항에서,
    상기 MDM 적층 부재 위에 형성되는 반사 방지막을 더 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서.
  6. 제2항에서,
    상기 MDM 적층 부재 위에 형성되는 유전체 필터를 더 포함하고,
    상기 유전체 필터는
    제1 고굴절 유전체층 및 제1 저굴절 유전체층이 교대로 적층되는 제1 유전층,
    상기 제1 유전층과 이격되어 위치하며 제2 고굴절 유전체층 및 제2 저굴절 유전체층이 교대로 적층되는 제2 유전층, 그리고
    상기 제1 유전층과 상기 제2 유전층 사이에 개재되는 캐버티층
    을 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서.
  7. 제6항에서,
    상기 유전체 필터 위에 형성되는 단파장 차단 필터를 더 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서.
  8. 제7항에서,
    상기 단파장 차단 필터는 교대로 적층되는 제3 고굴절 유전체층 및 제3 저굴절 유전체층을 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서.
  9. 기판, 그리고
    상기 기판 위에 위치하는 복수의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서
    를 포함하고,
    상기 복수의 협대역 쇼트키 다이오드 광센서는 서로 다른 복수의 파장 대역에 각각 응답 가능하며,
    상기 협대역 쇼트키 다이오드 광센서는
    제1 전극;
    상기 제1 전극에 연결되는 반도체층;
    상기 반도체층과 접촉하여 상기 반도체층 위에 형성되는 MDM 적층 부재; 그리고
    상기 MDM 적층 부재에 연결되는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 MDM 적층 부재는 적어도 하나 이상의 서브 MDM 적층 부재를 포함하고,
    상기 서브 MDM 적층 부재는 차례로 적층된 하부 금속층, 유전체층, 그리고 상부 금속층을 포함하며,
    상기 반도체층과 접촉하는 상기 하부 금속층은 쇼트키 접합 영역을 형성하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이.
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