WO2016208963A1 - 투명 전극 및 투명 전극 형성 방법 - Google Patents

투명 전극 및 투명 전극 형성 방법 Download PDF

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WO2016208963A1
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resistance change
resistance
semiconductor substrate
protrusions
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김태근
김경헌
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Korea University Research and Business Foundation
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a transparent electrode and a transparent electrode forming method, and more particularly to a transparent electrode and a transparent electrode forming method using a resistance change material.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • a semiconductor layer that serves as a photoelectric conversion layer that absorbs light and generates electrical energy There is a problem that the power generation efficiency of the device is reduced.
  • ITO which is widely used as a typical light receiving device, exhibits a high transmittance loss in the ultraviolet region of 400 nm or less, thereby limiting the application of the ultraviolet light receiving device.
  • Materials that have a high light transmittance that can be used in the ultraviolet region have a large bandgap (larger bandgap based on the bandgap 3.4 eV of ITO), so that the material is very conductive to be used as an electrode. Low and ohmic contact with semiconductor material makes it impossible to use as electrode.
  • a light receiving device that can be applied to an ultraviolet region including visible light, such as a high efficiency solar cell and a photodiode, it exhibits high light transmittance characteristics at all wavelength ranges and high electrical conductivity characteristics, thereby making ohmic contact with the semiconductor layer. It is essential to develop a transparent electrode that can be formed.
  • Korean Patent No. 10-1439530 name of the invention: a light receiving device having a transparent electrode and a method of manufacturing the same.
  • a transparent electrode is formed of a resistance change material, and then a conductive path (conducting filament) is formed by applying an electric field above a critical electric field in the transparent electrode thin film to provide a transparent electrode having high transmittance and high conductivity.
  • a conductive path conducting filament
  • a plurality of conductive filaments formed inside the transparent electrode may be connected well to each other to exhibit a good current dispersing effect.
  • the distance between the conductive filaments should be maintained at a predetermined interval or less.
  • the bridge between the conductive filaments is important, the density of the conductive filament is formed will affect the performance of the device much.
  • the positive electrode and the negative electrode of the voltage applying device 10 are formed on the surface of the transparent electrode 20.
  • the conductive filament 22 may be uniformly formed as shown in FIG.
  • a problem arises in that the conductive filaments 22 are concentrated in some areas and sparse in some areas.
  • the conductive filaments 22 are densely formed, current spreading is good. However, in the case where the conductive filaments 22 are sparse, the conductive filaments 22 cannot be connected to other conductive filaments 22. The problem that cannot inject the current occurred.
  • the conductive current dispersion layer on the transparent electrode 20 is formed 40, or as shown in FIG. 1C, the conductive current spreading layer 40 is formed in advance and the transparent electrode 20 is formed thereon, and then the conductive filament 22 is formed therein.
  • the conductive current spreading layer 40 is formed in advance and the transparent electrode 20 is formed thereon, and then the conductive filament 22 is formed therein.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a transparent electrode capable of diffusing current throughout the semiconductor substrate, while having a high transmittance to light in the visible region as well as the ultraviolet region and forming a good ohmic contact with the semiconductor substrate.
  • the first transparent electrode layer including a plurality of resistance change protrusions formed of a resistance change material to be spaced apart from each other on a semiconductor substrate; And a second transparent electrode layer formed to contact the plurality of resistance change protrusions and a surface of the semiconductor substrate, wherein the resistance change protrusions are applied to the resistance change material by applying a voltage above a threshold voltage inherent to the resistance change material.
  • the resistance state is changed from the high resistance state to the low resistance state by the electric field.
  • the resistance change material of the transparent electrode is characterized in that the conductive filament is formed inside by the applied electric field so that the resistance state is changed from a high resistance state to a low resistance state.
  • the plurality of resistance change protrusions of the transparent electrode may be formed to be arranged in a predetermined pattern.
  • the resistance change material of the transparent electrode is characterized in that the insulating material of a transparent material having a larger bandgap than indium-tin-oxide (ITO).
  • ITO indium-tin-oxide
  • the plurality of resistance change protrusions of the transparent electrode may be formed in a cylindrical shape.
  • the transparent electrode forming method for solving the above problems, (a) forming a plurality of resistance change protrusions of the resistance change material on the semiconductor substrate to be spaced apart from each other; (b) applying a voltage above a threshold voltage inherent to the resistance change material to the plurality of resistance change protrusions to change the resistance change material from a high resistance state to a low resistance state to form a first transparent electrode layer; And (c) forming a second transparent electrode layer to contact the plurality of resistance change protrusions and the surface of the semiconductor substrate.
  • a conductive filament is formed therein by an applied electric field so that the resistance state may be changed from a high resistance state to a low resistance state.
  • the plurality of resistance change protrusions may be formed in a predetermined pattern.
  • the resistance change material of the transparent electrode forming method is preferably an insulating material of a transparent material having a larger bandgap than Indium-Tin-Oxide (ITO).
  • ITO Indium-Tin-Oxide
  • the plurality of resistance change protrusions may be formed in a cylindrical shape.
  • the present invention forms a resistance change protrusion with a resistance change material of a transparent material having a large band gap so as to be spaced apart from each other at regular intervals, and performs a forming process for each resistance change protrusion to form a conductive filament therein to form a resistance state.
  • a transparent electrode having conductive filaments uniformly formed over the entire semiconductor substrate. Therefore, the transparent electrode of the present invention not only shows high transmittance to the light in the visible region and the ultraviolet region, but also can form a good ohmic contact with the semiconductor substrate while uniformly injecting the current through the semiconductor substrate, thereby improving current diffusion efficiency. Can be.
  • 1 is a diagram illustrating a problem of the prior art.
  • FIG. 2 is a view showing the structure of a transparent electrode according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining a method of forming a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the structure of a transparent electrode according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 2 (a) is a view showing an example of a cross-sectional view of the transparent electrode of the present invention
  • Figure 2 (b) Is a view showing an example of a plan view of a transparent electrode of the present invention.
  • a transparent electrode may include a first transparent electrode layer 220 including a plurality of resistance change protrusions 220 formed of a resistance change material so as to be spaced apart from each other on a semiconductor substrate 210. And a plurality of resistance change protrusions 220 and a second transparent electrode layer 230 formed to contact the surface of the semiconductor substrate 210.
  • the semiconductor substrate 210 of the present invention some or all layers constituting the light emitting device or the light receiving device may be formed on a general substrate.
  • the semiconductor substrate 210 may be an n-GaN layer, an active layer, and a p-GaN layer (or n-AlGaN layer, active layer, p-AlGaN layer) sequentially formed on the sapphire substrate, in this case, the first transparent The electrode layer 220 and the second transparent electrode layer 230 are formed on the p-GaN layer (or p-AlGaN layer).
  • the resistance change protrusion 220 formed on the semiconductor substrate 210 is formed of an insulating resistance change material made of a transparent material having a band gap larger than that of indium-tin-oxide (ITO), and then electro-forming is performed to conduct conductivity therein. As the filament 222 is formed, the resistance state is formed to change from the high resistance state to the low resistance state.
  • ITO indium-tin-oxide
  • the resistive change material is mainly used in the field of resistive RAM (ReRAM), which is originally an insulator, but when a voltage above a threshold inherent to the resistive change material is applied, an electric field is applied to the resistive change material to perform electro-forming.
  • the conductive filaments 222 (or metallic filaments) are formed inside the resistive change material by the defect structure in the thin film, so that the resistance state of the material, which is initially an insulator, is low in the high resistance state. It is changed to a resistance state and exhibits conductivity.
  • the conductive filament 222 is maintained, and current flows through the conductive filament 222, so that the resistance state of the material is maintained in the low resistance state. Since the resistive change material itself is already well known in the ReRAM field, further detailed description is omitted.
  • a plurality of resistance change protrusions 220 formed of a resistance change material are formed on the semiconductor substrate 210 so as to be spaced apart from each other, and are formed to include the same number of resistance change protrusions 220 per unit area in a uniform distribution.
  • the cross section of the resistance change protrusion 220 is shown in a circular shape in FIG. 2A, the cross-sectional shape of the resistance change protrusion 220 is not limited, and in FIG. 2A, a column shape is illustrated, but a conductive filament is formed therein. If the configuration is possible, the shape is not limited to the columnar shape.
  • forming the resistance change protrusion 220 in order to uniformly distribute the resistance change protrusion 220 on the semiconductor substrate 210, forming the resistance change protrusion 220 to be arranged in a predetermined pattern. desirable.
  • the resistance change material forming the resistance change protrusion 220 of the present invention is a transparent material, and thus has a large band gap, and not only has a high transmittance that can transmit not only the light in the visible region but also the ultraviolet region.
  • the conductive filament 222 is formed therein to exhibit high electrical conductivity.
  • the present invention uniformly forms the first transparent electrode layer 220 having a large band gap and high conductivity on the semiconductor substrate 210, thereby uniformly injecting current into the entire area of the semiconductor substrate 210, thereby providing current in the prior art.
  • a transparent electrode capable of transmitting not only visible light but also light in the ultraviolet region.
  • the second transparent electrode layer 230 is formed to contact the surfaces of the semiconductor substrate 210 and the first transparent electrode layer 220.
  • the second transparent electrode layer 230 is formed of a material that is generally used as a transparent electrode, such as indium-tin-oxide (ITO), CNT, NiO, or the like.
  • the second transparent electrode layer 230 connects the plurality of resistance change protrusions 220 to form the first transparent electrode layer 220, and thus, through the resistance change protrusions 220 uniformly disposed on the entire area of the semiconductor substrate 210.
  • the inflow current may be dispersed and injected into the entire semiconductor substrate 210, thereby solving the problem of concentrating the current of the prior art in a partial region.
  • the second transparent electrode layer 230 since the second transparent electrode layer 230 is not only in contact with the resistance change protrusion 220, but also in direct contact with the semiconductor substrate 210, the second transparent electrode layer 230 also has an effect of directly injecting current into the semiconductor substrate 210. The effect of facilitating is shown.
  • FIG. 3 is a view for explaining a method of forming a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of resistance change protrusions 220 are formed on a semiconductor substrate 210 at regular intervals using a resistance change material.
  • the method of forming the resistance change protrusion 220 may include various methods such as a method of forming a mask pattern on the semiconductor substrate 210 and depositing a resistance change material thereon.
  • the resistance change protrusion 220 is preferably formed in a pattern disposed at regular intervals as shown in (b) of FIG.
  • the resistance change is applied by applying an electric field to the resistance change material by applying a voltage equal to or higher than the threshold voltage inherent to the resistance change material to the plurality of resistance change protrusions 220.
  • the resistance state of the resistance change protrusion 220 is changed from the high resistance state to the low resistance state to form the first transparent electrode layer.
  • one of the resistance change protrusions 220 contacts a positive electrode of the voltage applying device 300.
  • the conductive filament 222 is formed therein by forming a pair of the resistance change protrusions 220 by contacting the other resistance change protrusion 220 with a negative electrode of the voltage applying device 300. . This process is performed on all the resistance change protrusions 220 to form the first transparent electrode layer 220.
  • the second transparent electrode layer 230 is formed to contact the plurality of resistance change protrusions 220 and the surface of the semiconductor substrate 210.
  • the transparent electrode according to the example is completed.
  • the second transparent electrode layer 230 is a material generally used as a transparent electrode, such as indium-tin-oxide (ITO), CNT, NiO, etc., and the upper and side surfaces of the resistance change protrusion 220 and the resistance change protrusion ( The surfaces of the semiconductor substrate 210 on which the 220 is not formed are all connected.
  • the second transparent electrode layer 230 may be formed by depositing a material forming the second transparent electrode layer 230 at various angles, and the semiconductor substrate on which the first transparent electrode layer 220 is formed in a solution in which CNTs are mixed. It can also be formed by immersing (210) and evaporating the solvent.

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)

Abstract

본 발명은 투명 전극 및 투명 전극 형성 방법을 공개한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극 형성 방법은 일정한 간격으로 서로 이격되도록, 저항 변화 물질로 저항 변화 돌출부를 형성하고, 각 저항 변화 돌출부마다 일일이 포밍 공정을 수행하여 그 내부에 전도성 필라멘트를 형성하여 저항 상태를 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화시킴으로써, 반도체 기판 전체에 균일하게 전도성 필라멘트가 형성된 투명전극을 형성할 수 있다. 따라서, 반도체 기판과 양호한 오믹 접촉을 형성하면서 반도체 기판 전체에 균일하게 전류를 주입할 수 있어 전류 확산 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

투명 전극 및 투명 전극 형성 방법
본 발명은 투명 전극 및 투명 전극 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 저항 변화 물질을 이용한 투명 전극 및 투명 전극 형성 방법에 관한 것이다.
광을 수광하여 동작하는 태양전지 및 포토 다이오드와 같은 수광 소자 분야에서 에너지 효율 극대화를 위해서는, 높은 전기 전도도와 가시광 뿐만 아니라 자외선 영역에서 우수한 투과도 특성을 지닌 투명전극 개발이 요구된다.
하지만, 현재 수광 소자의 투명 전극으로 널리 사용되고 있는 ITO(Indium Tin Oxide)는 광을 흡수하여 전기 에너지를 생성하는 광전 변환층의 역할을 수행하는 반도체층과의 오믹 접촉을 형성하기 어렵고, 이로 인하여 수광 소자의 발전 효율이 감소하는 문제점이 발생한다. 특히, 수광 소자에 대표적으로 널리 사용되는 ITO는 400nm 이하의 자외선 영역에서 높은 투과도 손실을 나타내기 때문에 자외선 수광 소자의 적용에 한계가 따른다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는, 투명 전극과 반도체층간의 접촉저항을 낮추어 원활한 전류 주입이 이루어지며, 빛의 전 파장 영역에서 높은 투과 특성을 지닌 투명전극의 개발이 필수적이다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 다양한 연구들이 진행되고 있으나, 아직까지 가시광 뿐만 아니라 자외선 영역까지 고전도성과 고투과도를 동시에 나타내는 투명 전극은 개발되고 못하는 실정이다. 이는 물질의 전도성과 투과도는 서로 trade-off관계를 가지고 있기 때문이다.
자외선 영역에서 이용될 수 있을 만큼 높은 광 투과도를 가지는 물질은 큰 밴드갭(large band-gap; ITO의 밴드갭 3.4eV를 기준으로 이보다 큰 밴드갭)을 가지므로, 전극으로 이용되기에는 전도성이 매우 낮고 반도체 물질과 Ohmic contact 이 이루어지지 않아 전극으로 이용하는 것이 불가능하다.
따라서, 고효율 태양전지, 포토 다이오드 등과 같이, 가시광을 포함한 자외선 영역까지 응용할 수 있는 수광 소자를 구현하기 위해서는, 전 파장 영역에서 높은 광투과 특성을 나타내는 동시에 높은 전기 전도도 특성을 나타내어 반도체층과의 오믹 접촉 형성이 가능한 투명전극 개발이 필수적이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 출원인은 대한민국 특허 제 10-1439530 호(발명의 명칭 : 투명 전극을 구비하는 수광소자 및 그 제조 방법)을 제안하였다.
상기 종래 기술은 저항 변화 물질로 투명 전극을 형성한 후, 투명 전극 박막 내에 임계 전계이상의 전계를 인가하여 전도성 패스(전도성 필라멘트;conducting filament)를 형성함으로써 투과도와 전도도가 높은 투명 전극을 제공하는 방법을 공개한다. 이러한 방법은 반도체와 금속 사이에 뛰어난 오믹 특성을 형성하여 전류를 잘 인가할 수 있도록 한다.
하지만, 상기한 종래 기술의 경우, 투명 전극 내부에 형성된 복수의 전도성 필라멘트들이 상호 잘 연결되어야만 양호한 전류 분산 효과를 나타낼 수 있는데, 이를 위해서는 전도성 필라멘트들 사이의 거리가 일정한 간격 이하로 유지되어야 한다. 즉, 전도성 필라멘트 간의 bridge 가 중요하고, 전도성 필라멘트가 형성되는 밀도가 소자의 성능에 많은 영향을 주게 된다.
그러나, 상기 종래 기술에서 적용하였던 전도성 필라멘트 형성 방식은, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 전압 인가 장치(10)의 (+)전극과 (-)전극을 투명 전극(20) 표면에 접촉한 상태에서 전압을 인가함으로써 투명 전극(20) 내부에 전도성 필라멘트(22)를 형성하는 방식으로서, 도 1의 (a)와 같이 전도성 필라멘트(22)가 균일하게 형성되기도 하지만, 많은 경우에는 도 1의 (b) 및 (c) 에 도시된 바와 같이, 전도성 필라멘트(22)가 일부 영역에는 집중적으로 형성되고, 일부 영역에는 드문드문 형성되는 문제점이 발생하였다.
전도성 필라멘트(22)가 밀집하여 형성된 영역의 경우에는 전류확산이 양호하게 이루어지지만, 전도성 필라멘트(22)가 드문드문 형성된 영역의 경우에는 전도성 필라멘트(22)가 다른 전도성 필라멘트(22)와 연결되지 못하여 전류를 주입할 수 없는 문제점이 발생하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 상기 대한민국 특허 제 10-1439530 호의 실시예들에서는, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 전도성 필라멘트(22)가 형성된 투명 전극(20)위에 전도성의 전류 분산층(40)을 형성하거나, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 전도성의 전류 분산층(40)을 미리 형성하고 그 위에 투명 전극(20)을 형성한 후, 그 내부에 전도성 필라멘트(22)를 형성하는 방법을 제안하였다.
상기 방식들은 전류 분산층(40)이 형성되지 않는 경우에 비해서 양호한 전류 주입 효과를 나타내었지만, 아래와 같은 문제점이 여전히 남아 있었다.
먼저, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 전도성 필라멘트(22)가 형성된 투명 전극(20)위에 전류 분산층(40)을 형성하는 경우, 전류 분산층(40)에서 전류가 분산된 다음, 전도성 필라멘트(22)에 의해 전류가 반도체 기판(30)으로 인가된다. 이 경우에도 전도성 필라멘트(22)의 형성 밀도가 높은 영역에는 많은 전류가 주입되지만 전도성 필라멘트(22)의 형성 밀도가 낮은 영역에는 적은 전류가 주입되는 전류 주입 불균형이 그대로 나타난다.
도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 전류 분산층(40)을 미리 형성하고 그 위에전도성 필라멘트(22)가 형성되는 투명 전극(20)을 형성하는 경우, 전극 패드(50)를 통해서 일부 전도성 필라멘트(22)로 전류가 주입되고, 전도성 필라멘트(22) 아래에 형성된 전류 분산층(40)에서 전류가 분산된다. 그러나, 이 경우에는 반도체 기판(30)과 전도성 필라멘트(22)가 직접 연결되지 않고 도전막인 전류 분산층(40)을 통해 전류가 인가되기 때문에, 전도성 필라멘트(22)가 균일하게 서로 잘 연결되도록 형성된다 하더라도, 전도성 필라멘트(22)가 반도체 기판(30)과 직접 접촉할 때 나타나는 우수한 오믹 특성 효과를 얻을 수 없는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가시광 영역뿐만 아니라 자외선 영역의 빛에 대한 투과도가 높고, 반도체 기판과 양호한 오믹 접촉을 형성하면서도, 반도체 기판 전체로 전류를 확산시킬 수 있는 투명 전극을 제공하는 것이다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극은, 반도체 기판위에, 서로 이격되도록 저항 변화 물질로 형성된 복수의 저항 변화 돌출부를 포함하는 제 1 투명 전극층; 및 상기 복수의 저항 변화 돌출부 및 상기 반도체 기판의 표면에 접촉하도록 형성된 제 2 투명 전극층을 포함하고, 상기 저항 변화 돌출부는 상기 저항 변화 물질에 고유한 임계 전압 이상의 전압이 인가되어 상기 저항 변화 물질에 인계된 전계에 의해서 그 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투명 전극의 상기 저항 변화 물질은 인가된 전계에 의해서 내부에 전도성 필라멘트가 형성되어 그 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투명 전극의 상기 복수의 저항 변화 돌출부는 일정한 패턴으로 배치되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 투명 전극의 상기 저항 변화 물질은 ITO(Indium-Tin-Oxide)보다 더 큰 밴드갭을 갖는 투명한 재질의 절연 물질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투명 전극의 상기 복수의 저항 변화 돌출부는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극 형성 방법은, (a) 반도체 기판위에, 서로 이격되도록 저항 변화 물질로 복수의 저항 변화 돌출부를 형성하는 단계; (b) 상기 복수의 저항 변화 돌출부에 상기 저항 변화 물질에 고유한 임계 전압 이상의 전압을 인가하여 상기 저항 변화 물질을 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화시켜 제 1 투명 전극층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 복수의 저항 변화 돌출부및 상기 반도체 기판의 표면에 접촉하도록 제 2 투명 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투명 전극 형성 방법의 상기 (b) 단계에서, 상기 저항 변화 물질은 인가된 전계에 의해서 내부에 전도성 필라멘트가 형성되어 그 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화될 수 있다.
또한, 상기 투명 전극 형성 방법의 상기 (a) 단계에서, 상기 복수의 저항 변화 돌출부는 일정한 패턴으로 배치되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 투명 전극 형성 방법의 상기 저항 변화 물질은 ITO(Indium-Tin-Oxide)보다 더 큰 밴드갭을 갖는 투명한 재질의 절연 물질인 것이 바람직하다.
또한, 상기 투명 전극 형성 방법의 상기 (c) 단계에서, 상기 복수의 저항 변화 돌출부는 원기둥 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명은 일정한 간격으로 서로 이격되도록, 밴드갭이 큰 투명한 재질의 저항 변화 물질로 저항 변화 돌출부를 형성하고, 각 저항 변화 돌출부마다 일일이 포밍 공정을 수행하여 그 내부에 전도성 필라멘트를 형성하여 저항 상태를 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화시킴으로써, 반도체 기판 전체에 균일하게 전도성 필라멘트가 형성된 투명전극을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 투명 전극은 가시광 영역 및 자외선 영역의 빛에 대해서 높은 투과도를 나타낼 뿐만 아니라 반도체 기판과 양호한 오믹 접촉을 형성하면서도 반도체 기판 전체에 균일하게 전류를 주입할 수 있어 전류 확산 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술의 문제점을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극 형성 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극의 구조를 도시한 도면으로서, 도 2의 (a)는 본 발명의 투명 전극의 단면도의 일 예를 도시한 도면이고, 도 2의 (b) 는 본 발명의 투명 전극의 평면도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극은 반도체 기판(210)위에 서로 이격되도록 저항 변화 물질로 형성된 복수의 저항 변화 돌출부(220)를 포함하는 제 1 투명 전극층(220)과, 복수의 저항 변화 돌출부(220) 및 상기 반도체 기판(210)의 표면에 접촉하도록 형성된 제 2 투명 전극층(230)을 포함하여 구성된다.
본 발명의 반도체 기판(210)은, 일반적인 기판 위에 발광 소자 또는 수광 소자를 구성하는 일부 층들 또는 모든 층들이 형성된 것일 수 있다. 예컨대, 반도체 기판(210)은 사파이어 기판위에 n-GaN층, 활성층, p-GaN층(또는 n-AlGaN층, 활성층, p-AlGaN층)이 순차적으로 형성된 것일 수 있고, 이 경우, 제 1 투명 전극층(220) 및 제 2 투명 전극층(230)은 p-GaN층(또는 p-AlGaN층) 위에 형성된다.
반도체 기판(210) 위에 형성된 저항 변화 돌출부(220)는, ITO(Indium-Tin-Oxide)보다 더 큰 밴드 갭을 갖는 투명한 재질의 절연성 저항 변화 물질로 형성된 후, electro-forming이 수행되어 내부에 전도성 필라멘트(222)가 형성됨으로써 그 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되도록 형성된다.
저항 변화 물질은 주로 ReRAM(Resistive RAM) 분야에서 이용되는 것으로서, 원래는 절연체의 성질을 갖지만, 저항 변화 물질에 고유한 임계치 이상의 전압을 인가하면, 저항 변화 물질에 전계가 인가되어 electro-forming이 수행되어, 박막내 결함구조에 의해 저항 변화 물질 내부에 전도성 필라멘트(222)(conducting filaments)(또는, 금속 필라멘트(metallic filaments))가 형성됨으로써, 최초에는 절연체인 물질의 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화되어 전도성을 나타내게 된다.
이 후에는, 저항 변화 물질에 인가된 전압이 제거되어도 전도성 필라멘트(222)는 유지되고, 이러한 전도성 필라멘트(222)를 통해서 전류가 흐르게 되어, 물질의 저항 상태가 저저항 상태로 유지된다. 저항 변화 물질 자체는 이미 ReRAM 분야에서 널리 알려진 것이므로 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 저항 변화 물질로 형성된 저항 변화 돌출부(220)는 서로 이격되도록 반도체 기판(210)위에 복수개로 형성되되, 균일한 분포로 단위 면적당 동일한 수의 저항 변화 돌출부(220)가 포함되도록 형성된다.
도 2의 (a) 에서는 저항 변화 돌출부(220)의 단면이 원형으로 도시되었으나, 그 단면의 형상에는 제한이 없으며, 도 2의 (a)에서는 기둥 형상으로 도시되었으나, 그 내부에 전도성 필라멘트가 형성될 수 있는 구성이라면 그 형상이 기둥 형상에 한정되는 것도 아니다. 또한, 도 2의 (a)에 도시된 예와 같이, 저항 변화 돌출부(220)를 반도체 기판(210)상에 균일하게 분포시키기 위해서는, 저항 변화 돌출부(220)를 일정한 패턴으로 배치되도록 형성하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 저항 변화 돌출부(220)를 형성하는 저항 변화 물질은 투명한 재질로서 밴드갭이 커서 가시광선 영역의 빛 뿐만 아니라 자외선 영역의 빛까지 투과시킬 수 있을 만큰 투과도가 높을뿐만 아니라, 전도성 필라멘트(222)가 내부에 형성됨으로써 높은 전기 전도도를 나타낸다.
따라서, 본 발명은 밴드갭이 크면서도 전도도가 높은 제 1 투명 전극층(220)를 반도체 기판(210)위에 균일하게 형성함으로써, 반도체 기판(210) 전체 면적에 균일하게 전류를 주입하여 종래 기술의 전류 집중 문제를 해결할 수 있을뿐만 아니라, 반도체 기판(210)과 양호한 오믹 접촉을 형성할 수 있고, 가시광선 영역뿐만 아니라 자외선 영역의 광까지 투과가 가능한 투명 전극의 형성이 가능한 효과가 있다.
한편, 제 2 투명 전극층(230)은 반도체 기판(210) 및 제 1 투명 전극층(220)의 표면과 접촉하도록 형성된다. 제 2 투명 전극층(230)은 ITO(Indium-Tin-Oxide), CNT, NiO 등과 같이 일반적으로 투명 전극으로 이용되는 물질로 형성된다.
제 2 투명 전극층(230)은 제 1 투명 전극층(220)를 형성하는 복수의 저항 변화 돌출부(220)를 연결함으로써, 반도체 기판(210) 전체 면적에 균일하게 배치된 저항 변화 돌출부(220)를 통해서, 유입 전류를 반도체 기판(210) 전체로 분산시켜 주입할 수 있어, 종래 기술의 전류가 일부 영역에 집중되는 문제점을 해결할 수 있다. 특히, 제 2 투명 전극층(230)은 저항 변화 돌출부(220)와 접촉할 뿐만 아니라, 반도체 기판(210)과도 직접 접촉하므로, 반도체 기판(210)으로 직접 전류를 주입하는 효과도 있어 전류 확산을 보다 용이하게 하는 효과가 나타난다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극 형성 방법을 설명하는 도면이다. 도 3을 참조하면, 먼저, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(210)위에 저항 변화 물질을 이용하여 일정한 간격으로 복수의 저항 변화 돌출부(220)를 형성한다. 이 때, 저항 변화 돌출부(220)를 형성하는 방법은, 반도체 기판(210) 위에 마스크 패턴을 형성하고, 그 위에서 저항 변화 물질을 증착하는 방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다. 또한, 저항 변화 돌출부(220)는 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 일정한 간격으로 배치된 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다.
그 후, 도3의 (b)에 도시된 바와 같이, 복수의 저항 변화 돌출부(220)에 상기 저항 변화 물질에 고유한 임계 전압 이상의 전압을 인가함으로써, 저항 변화 물질 내부에 전계를 인가하여 저항 변화 물질 내부에 전도성 필라멘트(222)를 형성함으로써, 저항 변화 돌출부(220)의 저항상태를 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화시킴으로써 제 1 투명 전극층을 형성한다.
이 때, 도3의 (b)에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 한 쌍의 저항 변화 돌출부(220)에 대해서, 하나의 저항 변화 돌출부(220)에는 전압 인가 장치(300)의 양의 전극을 접촉시키고, 다른 하나의 저항 변화 돌출부(220)에는 전압 인가 장치(300)의 음의 전극을 접촉시킴으로써 한 쌍의 저항 변화 돌출부(220)에 대해서 포밍을 수행하여 내부에 전도성 필라멘트(222)를 형성한다. 이러한 과정을 모든 저항 변화 돌출부들(220)에 대해서 수행함으로써, 제 1 투명 전극층(220)를 형성한다.
마지막으로, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 복수의 저항 변화 돌출부(220) 및 상기 반도체 기판(210)의 표면에 접촉하도록 제 2 투명 전극층(230)을 형성함으로써 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명 전극을 완성한다. 이 때, 제 2 투명 전극층(230)은 ITO(Indium-Tin-Oxide), CNT, NiO 등과 같이 일반적으로 투명 전극으로 이용되는 물질로 저항 변화 돌출부(220)의 상면과 측면 그리고, 저항 변화 돌출부(220)가 형성되지 않은 반도체 기판(210)의 표면이 모두 연결되도록 형성한다. 이 때, 제 2 투명 전극층(230)은 제 2 투명 전극층(230)을 형성하는 물질을 다양한 각도에서 증착함으로써 형성할 수도 있고, CNT가 혼합된 용액에 제 1 투명 전극층(220)이 형성된 반도체 기판(210)을 담구었다가 용매를 증발시킴으로써 형성할 수도 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 반도체 기판위에, 서로 이격되도록 저항 변화 물질로 형성된 복수의 저항 변화 돌출부를 포함하는 제 1 투명 전극층; 및
    상기 복수의 저항 변화 돌출부 및 상기 반도체 기판의 표면에 접촉하도록 형성된 제 2 투명 전극층을 포함하고,
    상기 저항 변화 돌출부는 상기 저항 변화 물질에 고유한 임계 전압 이상의 전압이 인가되어 상기 저항 변화 물질에 인계된 전계에 의해서 그 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화된 것을 특징으로 하는 투명 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항 변화 물질은 인가된 전계에 의해서 내부에 전도성 필라멘트가 형성되어 그 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화된 것을 특징으로 하는 투명 전극.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 저항 변화 돌출부는 일정한 패턴으로 배치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 투명 전극.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 저항 변화 물질은 ITO(Indium-Tin-Oxide)보다 더 큰 밴드갭을 갖는 투명한 재질의 절연 물질인 것을 특징으로 하는 투명 전극.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 저항 변화 돌출부는 원기둥 형상인 것을 특징으로 하는 투명 전극.
  6. (a) 반도체 기판위에, 서로 이격되도록 저항 변화 물질로 복수의 저항 변화 돌출부를 형성하는 단계;
    (b) 상기 복수의 저항 변화 돌출부에 상기 저항 변화 물질에 고유한 임계 전압 이상의 전압을 인가하여 상기 저항 변화 물질을 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화시켜 제 1 투명 전극층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 복수의 저항 변화 돌출부및 상기 반도체 기판의 표면에 접촉하도록 제 2 투명 전극층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 형성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 상기 저항 변화 물질은 인가된 전계에 의해서 내부에 전도성 필라멘트가 형성되어 그 저항 상태가 고저항 상태에서 저저항 상태로 변화된 것을 특징으로 하는 투명 전극 형성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 (a) 단계에서,
    상기 복수의 저항 변화 돌출부는 일정한 패턴으로 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 전극 형성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 저항 변화 물질은 ITO(Indium-Tin-Oxide)보다 더 큰 밴드갭을 갖는 투명한 재질의 절연 물질인 것을 특징으로 하는 투명 전극 형성 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 (c) 단계에서
    상기 복수의 저항 변화 돌출부는 원기둥 형상인 것을 특징으로 하는 투명 전극 형성 방법.
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