WO2024034869A1 - 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 및 이를 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이 - Google Patents

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WO2024034869A1
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mdm
schottky diode
optical sensor
narrowband
diode optical
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PCT/KR2023/009662
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Inventor
임미경
이진영
김광섭
김현돈
권민우
강우석
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한국기계연구원
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/108—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the Schottky type

Definitions

  • the present invention relates to a narrow-band Schottky diode optical sensor and a narrow-band Schottky diode optical sensor array including the same. More specifically, to a narrow-band Schottky diode optical sensor formed by depositing a metal on a semiconductor and a narrow-band Schottky diode optical sensor including the same. It relates to a high-bandwidth Schottky diode optical sensor array.
  • Schottky diode optical sensors are formed by depositing metal on a semiconductor, so they are a very simple type of optical sensor.
  • a Schottky junction is formed in a Schottky diode optical sensor, a depletion region is formed in the semiconductor region in contact with the metal, and the quantum efficiency in the depletion region is very high, so the optical sensor
  • a lot of light must pass through the metal and be absorbed into the semiconductor area.
  • the surface of a metal usually has a high reflectivity, even if the metal absorbs less, the light that passes through the metal and is absorbed into the semiconductor region may be small.
  • an anti-reflection coating was formed on the metal to increase the absorption rate in the entire wavelength range.
  • light detection at a specific wavelength such as semiconductor process monitoring, Raman spectroscopy, etc.
  • an optical sensor having high responsivity in the entire wavelength range rather than an optical sensor having high responsivity in the entire wavelength range, it has high responsivity only in a specific wavelength range and low in the remaining wavelength range.
  • An optical sensor with responsiveness is needed.
  • an optical sensor capable of responding in a narrow band was implemented by forming metal into a lattice structure in a Schottky diode optical sensor, but there are limits to the implementation of an ultra-narrow band, and wavelength ranges other than a specific wavelength range cannot be suppressed. Light in unnecessary wavelength ranges may be absorbed, causing deterioration of the optical sensor.
  • an optical sensor capable of responding in an ultra-narrow band was implemented using an MDM structure of metal (graphene), a thick semiconductor, and a metal (rearview mirror), but the thick semiconductor enabled many multi-peaks. peak), and the thickness of the semiconductor must be finely adjusted to match the desired wavelength band.
  • a photodetector detects light coming from all detectable wavelengths by converting it into an electrical signal according to the sensitivity of each wavelength, so if you want to detect only light of a specific wavelength, all wavelengths except that specific wavelength must be suppressed.
  • the conventional Schottky diode optical sensor has a limitation in that it cannot implement a narrow band, or even if it implements a narrow band, it cannot suppress other wavelength regions.
  • the present invention seeks to provide a narrowband Schottky diode optical sensor and a narrowband Schottky diode optical sensor array capable of narrowband response and suppressing other wavelength regions.
  • a narrowband Schottky diode optical sensor includes a first electrode; a semiconductor layer connected to the first electrode; An MDM laminated member formed on the semiconductor layer and in contact with the semiconductor layer; and a second electrode connected to the MDM stacked member, wherein the MDM stacked member includes at least one sub-MDM stacked member, and the sub-MDM stacked member includes a lower metal layer, a dielectric layer, and an upper metal layer sequentially stacked. And the lower metal layer in contact with the semiconductor layer forms a Schottky junction region.
  • n is the refractive index of the dielectric layer, is a phase shift value between the dielectric layer and the lower metal layer or the dielectric layer and the upper metal layer, represents the specific wavelength at which the peak occurs.
  • the dielectric layer may include a short wavelength blocking material.
  • the short-wavelength blocking material may include any one selected from silicon dioxide (SiO2), cerium trifluoride (CeF3), titanium dioxide (TiO2), zinc sulfide (ZnS), and silicon oxide (SiO).
  • it may further include an anti-reflection film formed on the MDM laminated member.
  • the dielectric filter includes a first dielectric layer in which a first high refractive index dielectric layer and a first low refractive index dielectric layer are alternately stacked, and a second dielectric layer positioned spaced apart from the first dielectric layer. It may include a second dielectric layer in which a high refractive index dielectric layer and a second low refractive index dielectric layer are alternately stacked, and a cavity layer interposed between the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • it may further include a short-wavelength blocking filter formed on the dielectric filter.
  • the short-wavelength blocking filter may include third high-refractive index dielectric layers and third low-refractive index dielectric layers that are alternately stacked.
  • a narrowband Schottky diode optical sensor array including a narrowband Schottky diode optical sensor according to an embodiment of the present invention includes a substrate, and a plurality of narrowband Schottky diode optical sensors located on the substrate, The plurality of narrow-band Schottky diode optical sensors are each capable of responding to a plurality of different wavelength bands, and the narrow-band Schottky diode optical sensor includes a first electrode; a semiconductor layer connected to the first electrode; An MDM laminated member formed on the semiconductor layer and in contact with the semiconductor layer; and a second electrode connected to the MDM stacked member, wherein the MDM stacked member includes at least one sub-MDM stacked member, and the sub-MDM stacked member includes a lower metal layer, a dielectric layer, and an upper metal layer sequentially stacked. And the lower metal layer in contact with the semiconductor layer forms a Schottky junction region.
  • a narrowband Schottky diode optical sensor and a narrowband Schottky diode optical sensor array according to an embodiment of the present invention can effectively block short-wavelength and long-wavelength regions by forming an MDM laminated member formed on the semiconductor layer in contact with the semiconductor layer. Therefore, a narrowband response that improves response only at specific wavelengths is possible. Therefore, by blocking unnecessary wavelength bands in advance, sensitivity to optical signals of specific wavelengths can be increased, and deterioration due to absorption of unnecessary wavelength bands can be prevented.
  • the response at a desired wavelength can be further improved by placing an anti-reflection film on the MDM laminated member.
  • the short-wavelength region and the long-wavelength region can be blocked. It is possible to achieve ultra-narrowband response while blocking.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a narrowband Schottky diode optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the light absorption rate of the semiconductor layer according to the wavelength calculated from the narrowband Schottky diode optical sensor of FIG. 1.
  • Figure 3 is a schematic diagram of a narrowband Schottky diode optical sensor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the light absorption rate of the semiconductor layer according to the wavelength calculated from the narrowband Schottky diode optical sensor of FIG. 3.
  • Figure 5 is a schematic diagram of a narrowband Schottky diode optical sensor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the light absorption rate of the semiconductor layer according to the wavelength calculated from the narrowband Schottky diode optical sensor of FIG. 5.
  • Figure 7 is a schematic diagram of a narrowband Schottky diode optical sensor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing the light absorption rate of the semiconductor layer according to the wavelength calculated from the narrow-band Schottky diode optical sensor of FIG. 7.
  • Figure 9 is a perspective view of a narrowband Schottky diode optical sensor array according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a narrowband Schottky diode optical sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the narrowband Schottky diode optical sensor includes a first electrode 100, a semiconductor layer 200, an MDM laminated member 300, and a second electrode 400. ) includes.
  • the first electrode 100 may be made of a conductor such as metal and may be connected to the semiconductor layer 200. This first electrode 100 may be a conductor that forms an ohmic junction with the semiconductor layer 200 without forming a Schottky junction.
  • the first electrode 100 may include aluminum (Al) or the like.
  • the first electrode 100 can transmit the photocurrent generated in the semiconductor layer 200 to the outside.
  • the thickness of the semiconductor layer 200 may be greater than the thickness of the first electrode 100 so that the first electrode 100 does not absorb light.
  • the semiconductor layer 200 is located on the first electrode 100 and may be connected to the first electrode 100.
  • the semiconductor layer 200 may include silicon (Si), gallium phosphorus (GaP), gallium arsenide (GaAs), etc., which are semiconductors having a bandgap capable of detecting the visible light region.
  • the MDM laminated member 300 may be formed on the semiconductor layer 200 in contact with the semiconductor layer 200.
  • the MDM laminated member 300 may include at least one sub-MDM laminated member 310, 320, and 330.
  • the MDM stacking member 300 is shown as including three sub-MDM stacking members 310, 320, and 330, but it is not necessarily limited thereto, and the MDM stacking member 300 can include various numbers of sub-MDM stacking members. It may be made of laminated members. Hereinafter, the description will be based on an embodiment in which the MDM laminated member includes three sub-MDM laminated members 310, 320, and 330.
  • the at least one sub-MDM stacked member 310, 320, and 330 includes a first sub-MDM stacked member 310, a second sub-MDM stacked member 320, and a third sub-MDM stacked member 330, which are sequentially stacked. can do.
  • Each sub-MDM stacked member may include sequentially stacked lower metal layers (310d, 320d, 330d), dielectric layers (310m, 320m, 330m), and upper metal layers (310u, 320u, 330u).
  • the first sub-MDM stacked member 310 may include a first lower metal layer 310d, a first dielectric layer 310m, and a first upper metal layer 310u, which are sequentially stacked.
  • the second sub-MDM stacked member 320 may include a second lower metal layer 320d, a second dielectric layer 320m, and a second upper metal layer 320u, which are sequentially stacked.
  • the third sub-MDM stacked member 330 may include a third lower metal layer 330d, a third dielectric layer 330m, and a third upper metal layer 330u that are sequentially stacked.
  • the first lower metal layer 310d is in direct contact with the semiconductor layer 200, and a Schottky junction region may be formed at the boundary between the first lower metal layer 310d and the semiconductor layer 200.
  • quantum efficiency is very high in the depletion region inside the semiconductor layer 200 near the interface (i.e., Schottky junction region) between the first lower metal layer 310d and the semiconductor layer 200.
  • Light can be sensed.
  • the response characteristics of the diode are mainly similar to the light absorption rate of the semiconductor layer 200, and the first lower metal layer 310d can be used as a diode forming a Schottky junction region and can also be used as an optical filter.
  • the first lower metal layer 310d may include nickel (Ni), nickel silicide (NiSi), gold (Au), etc.
  • At least one of the sub-MDM laminated members 310, 320, and 330 may include a zero-order sub-MDM laminated member.
  • n is the refractive index of the dielectric layer
  • n is the refractive index of the dielectric layer
  • n is the phase shift value between the dielectric layer and the lower metal layer or the dielectric layer and the upper metal layer
  • m represents the peak order.
  • As a movement value it has a range of 0 to 1.
  • the lower metal layers (310d, 320d, 330d) and the upper metal layers (310u, 320u, 330u) are both made of silver (Ag)
  • a zero-order sub-MDM laminated member can be formed by adjusting the thickness (d) of the dielectric layers (310m, 320m, and 330m).
  • the zero-order sub-MDM lamination member by forming the zero-order sub-MDM lamination member, there is no additional peak in the long-wavelength region, that is, a portion where the light absorption rate of the semiconductor layer 200 increases, and thus the long-wavelength region can be effectively blocked. Therefore, light absorption of the semiconductor layer 200 in the long wavelength region can be blocked.
  • the dielectric layers (310m, 320m, and 330m) may include a short-wavelength blocking material.
  • the short-wavelength blocking material may include any one selected from silicon dioxide (SiO2), cerium trifluoride (CeF3), titanium dioxide (TiO2), zinc sulfide (ZnS), and silicon oxide (SiO).
  • the MDM stacked member 300 can block the short-wavelength region.
  • the dielectric layer (310m, 320m, 330m) containing silicon dioxide (SiO2) can block light absorption of the semiconductor layer 200 in the short wavelength region of 200 nm or less
  • the dielectric layer (310m, 320m, 330m) containing cerium trifluoride (CeF3) 310m, 320m, 330m) can block light absorption of the semiconductor layer 200 in the short wavelength region of 300 nm or less
  • the dielectric layer (310m, 320m, 330m) containing titanium dioxide (TiO2) can block the light absorption of the semiconductor layer 200 in the short wavelength region of 350 nm or less.
  • the dielectric layers (310m, 320m, 330m) containing zinc sulfide (ZnS) can block light absorption of the semiconductor layer 200 in a short wavelength region of 380 nm or less, and silicon oxide can block light absorption of the semiconductor layer 200.
  • the dielectric layers (310m, 320m, 330m) containing (SiO) can block light absorption of the semiconductor layer 200 in a short wavelength region of 500 nm or less. In this way, the dielectric layers (310m, 320m, 330m) block the short wavelength region, thereby realizing a narrowband response.
  • the second electrode 400 may be made of a conductor such as metal, and is in contact with the first lower metal layer 310d of the MDM laminated member 300, and transmits the photocurrent generated in the semiconductor layer 200 to the first lower metal layer 310d. ) can be transmitted to the outside.
  • a structure in which the second electrode 400 is horizontally adjacent to and contacts the first lower metal layer 310d is shown as an example, but it is not necessarily limited to this, and the second electrode 400 is connected to the first lower metal layer (310d).
  • Various structures in contact with 310d) are possible.
  • the MDM stacking member 300 can implement a narrowband response by including at least one sub-MDM stacking member 310, 320, and 330.
  • FIG. 2 is a graph showing the light absorption rate of the semiconductor layer according to the wavelength calculated from the narrowband Schottky diode optical sensor of FIG. 1.
  • the optical absorption rate is increased in a specific wavelength region, enabling a narrowband response.
  • the light absorption rate is maximum at the peak occurrence wavelength ( ⁇ p) of 560 nm, and a narrow-band response can be implemented by reducing the width (W) of the transmission area.
  • Figure 3 is a schematic diagram of a narrowband Schottky diode optical sensor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is substantially the same as the one embodiment shown in FIG. 1 except for the structure of the anti-reflection film, so repeated description will be omitted.
  • a narrowband Schottky diode optical sensor includes a first electrode 100, a semiconductor layer 200, an MDM lamination member 300, an anti-reflection film 500, And includes a second electrode 400.
  • the anti-reflection film 500 may be formed on the MDM laminated member 300.
  • the MDM laminated member 300 includes at least one sub-MDM laminated member 310, 320, and 330, and each sub-MDM laminated member 310, 320, and 330 is sequentially laminated with lower metal layers 310d, 320d, and 330d. ), dielectric layers (310m, 320m, 330m), and upper metal layers (310u, 320u, 330u), so the light is reflected by the lower metal layers (310d, 320d, 330d) and upper metal layers (310u, 320u, 330u). The amount of light incident on the semiconductor layer 200 is reduced.
  • the anti-reflection film 500 on the MDM laminated member 300, reflection of light by the lower metal layers 310d, 320d, 330d and the upper metal layers 310u, 320u, 330u is minimized and the semiconductor layer The absorption rate of light at (200) can be increased. Therefore, the response at a specific desired wavelength can be further improved.
  • FIG. 4 is a graph showing the light absorption rate of the semiconductor layer according to the wavelength calculated from the narrowband Schottky diode optical sensor of FIG. 3.
  • the optical absorption rate is increased in a specific wavelength region, enabling a narrowband response.
  • the light absorption rate is maximum at the peak occurrence wavelength ( ⁇ p) of 560 nm, and the width (W) of the transmission area can be further reduced to implement a narrow-band response.
  • Figure 5 is a schematic diagram of a narrowband Schottky diode optical sensor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 Another embodiment shown in FIG. 5 is substantially the same as the one embodiment shown in FIG. 1 except for the structure of the dielectric filter, so repeated description will be omitted.
  • the narrowband Schottky diode optical sensor includes a first electrode 100, a semiconductor layer 200, an MDM laminated member 300, a dielectric filter 600, And includes a second electrode 400.
  • Dielectric filter 600 may be formed on the MDM laminated member 300.
  • the dielectric filter 600 may include a first dielectric layer 610, a second dielectric layer 620, and a cavity layer 630.
  • the first dielectric layer 610 may be formed by alternately stacking first high refractive index dielectric layers 610H and first low refractive index dielectric layers 610L.
  • the second dielectric layer 620 is positioned to be spaced apart from the first dielectric layer 610, and a second high refractive index dielectric layer 620H and a second low refractive index dielectric layer 620L may be alternately stacked.
  • the thickness of the first high refractive index dielectric layer 610H and the second high refractive index dielectric layer 620H is And the thickness of the first low refractive index dielectric layer 610L and the second low refractive index dielectric layer 620L is It can be. is the central wavelength of the narrowband, is the refractive index of the first high refractive index dielectric layer 610H and the second high refractive index dielectric layer 620H, is the refractive index of the first low refractive index dielectric layer 610L and the second low refractive index dielectric layer 620L.
  • the cavity layer 630 may be interposed between the first dielectric layer 610 and the second dielectric layer 620.
  • the thickness of the cavity layer 630 is It can be.
  • m is a natural number
  • n is the refractive index of the cavity layer.
  • dielectric filters can implement ultra-narrow band response characteristics, but unwanted transmission areas may occur in the long-wavelength region and short-wavelength region.
  • the dielectric filter 600 by forming both the MDM laminated member 300 and the dielectric filter 600, the long wavelength region and the short wavelength region are blocked using the MDM laminated member 300, and the dielectric filter is used to provide ultra-narrow band response characteristics. can be implemented.
  • FIG. 6 is a graph showing the light absorption rate of the semiconductor layer according to the wavelength calculated from the narrowband Schottky diode optical sensor of FIG. 5.
  • the light absorption rate is increased in a specific wavelength range, enabling ultra-narrow bandwidth response.
  • the light absorption rate is maximum at the peak occurrence wavelength ( ⁇ p) of 560 nm, and the width (W) of the transmission area can be reduced to 2.4 nm to implement an ultra-narrow band response.
  • Figure 7 is a schematic diagram of a narrowband Schottky diode optical sensor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is substantially the same as the other embodiment shown in FIG. 5 except for the structure of the short-wavelength cutoff filter, so repeated description will be omitted.
  • the narrowband Schottky diode optical sensor includes a first electrode 100, a semiconductor layer 200, an MDM lamination member 300, a dielectric filter 600, Includes a short-wavelength blocking filter 710 and a second electrode 400.
  • the short wavelength blocking filter 710 may include third high refractive index dielectric layers 710H and third low refractive index dielectric layers 710L that are alternately stacked.
  • FIG. 8 is a graph showing the light absorption rate of the semiconductor layer according to the wavelength calculated from the narrow-band Schottky diode optical sensor of FIG. 7.
  • the light absorption rate is increased in a specific wavelength region, enabling ultra-narrow bandwidth response.
  • the light absorption rate is maximum at the peak occurrence wavelength ( ⁇ p) of 560 nm, and the width (W) of the transmission area can be reduced to 1.8 nm to implement an ultra-narrow band response.
  • Figure 9 is a perspective view of a narrowband Schottky diode optical sensor array according to another embodiment of the present invention.
  • a narrowband Schottky diode optical sensor array includes a substrate 11 and a plurality of narrowband Schottky diode optical sensors 20 located on the substrate 11. Includes.
  • the substrate 11 may be formed with a plurality of wires and connected to a plurality of narrow-band Schottky diode optical sensors 20.
  • the plurality of narrowband Schottky diode optical sensors may include a first Schottky diode optical sensor 21, a second Schottky diode optical sensor 22, and a third Schottky diode optical sensor 23.
  • the first Schottky diode optical sensor 21, the second Schottky diode optical sensor 22, and the third Schottky diode optical sensor 23 each include an MDM laminated member 300, thereby providing ultra-narrow band response characteristics. It can be implemented.
  • the first Schottky diode optical sensor 21 is capable of responding to a first wavelength band ( ⁇ 1)
  • the second Schottky diode optical sensor 22 is capable of responding to a second wavelength band ( ⁇ 2) different from the first wavelength band ( ⁇ 1).
  • the third Schottky diode optical sensor 23 is capable of responding to a second wavelength band ( ⁇ 3) different from the first wavelength band ( ⁇ 1) and the second wavelength band ( ⁇ 2).
  • the sensor 23 is disclosed, it is not necessarily limited thereto and may include a Schottky diode optical sensor capable of responding to various wavelength bands.
  • the narrowband Schottky diode optical sensor array includes a plurality of narrowband Schottky diode optical sensors each capable of responding to a plurality of wavelength bands, thereby providing ultra-narrowband response characteristics for various wavelength bands. can be implemented.
  • the measurement accuracy of the emission optical signal emitted from the plasma light source can be improved.
  • the measurement accuracy of the emission optical signal emitted from the plasma light source is achieved by monitoring the semiconductor process using a narrow-band Schottky diode optical sensor array that does not require optical path alignment, is easy to miniaturize, and can implement ultra-narrow-band response characteristics. can be improved.
  • the replacement cycle of the narrow-band Schottky diode optical sensor can be determined and the spatial distribution of the plasma light source can be measured.

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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
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]
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000001
여기서, n은 상기 유전체층의 굴절률이고,
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000002
는 상기 유전체층과 상기 하부 금속층 또는 상기 유전체층과 상기 상부 금속층 사이의 위상 이동값이고,
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000003
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]
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000004
여기서, n은 유전체층의 굴절률이고,
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000005
는 유전체층와 하부 금속층 또는 유전체층과 상부 금속층 사이의 위상 이동값이고,
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000006
는 피크(peak)가 발생하는 특정 파장이며, m은 피크 오더(peak order)를 나타낸다.
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000007
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,
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000008
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
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000009
이며, 제1 저굴절 유전체층(610L) 및 제2 저굴절 유전체층(620L)의 두께는
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000010
일 수 있다.
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000011
는 협대역의 중심 파장이고,
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000012
는 제1 고굴절 유전체층(610H) 및 제2 고굴절 유전체층(620H)의 굴절률이고,
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000013
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
Figure PCTKR2023009662-appb-img-000014
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.

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]
    Figure PCTKR2023009662-appb-img-000015
    여기서, n은 상기 유전체층의 굴절률이고,
    Figure PCTKR2023009662-appb-img-000016
    는 상기 유전체층과 상기 하부 금속층 또는 상기 유전체층과 상기 상부 금속층 사이의 위상 이동값이고,
    Figure PCTKR2023009662-appb-img-000017
    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.
PCT/KR2023/009662 2022-08-08 2023-07-07 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 및 이를 포함하는 협대역 쇼트키 다이오드 광센서 어레이 WO2024034869A1 (ko)

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