유기광다이오드가 결합 된
유기박막트랜지스터의 광전하 저장 효과
Photo-Charge Storage Effect of the Organic Thin Film Transistor combined with Organic Photo-Diode
전자공학과 정 창 민
지 도 교 수 송 정 근
본 논문에서 다룰 연구는, 디지털카메라 Pixel을 구성하는 ...
유기광다이오드가 결합 된
유기박막트랜지스터의 광전하 저장 효과
Photo-Charge Storage Effect of the Organic Thin Film Transistor combined with Organic Photo-Diode
전자공학과 정 창 민
지 도 교 수 송 정 근
본 논문에서 다룰 연구는, 디지털카메라 Pixel을 구성하는 이미지 센서 ( Image Sensor ) 의 Dark Current를 줄이고, Pixel의 Size를 줄여 High Resolution을 가지는 Pixel을 제작하기 위한 방법 중, Image Sensor를 구성하는 내부 Device를 구조적으로 변경, 즉, 신호 전달 Mechanism을 변경하는 방법을 사용하였을 때, 반드시 선행하여 확인해야 할 광전하 저장 효과 ( Storage Effect ) 를 검증 하는 것을 목표로 하는 연구이다.
Storage Effect는 벌크의 Life Time이 비교적 긴 반도체에서 P-N Junction에 Forward Bias가 주어졌을 때 생기는 것으로, Junction을 통해서 주입된 과잉 소수 Carrier가 Junction 부근에 축적된다. 이 때 Reverse Bias를 가하면, 이 축적 Charge에 의해 보통의 역방향 포화 Current보다 매우 큰 Current가 흐르는데, 이 현상은 축적 된 Charge가 재결합 또는 Reverse Bias에 의해 일소되기까지 지속한다. 이 효과는 Bias 뿐만 아니라 광자 ( Photon ) 에 의해 생성 된 Carrier도 마찬가지로 적용 되며, 축적 된 Carrier의 Life Time이 길수록 오랜 시간동안 전기적 특성에 영향을 준다.
본격적인 연구 내용은 먼저, 광에 민감한 유기광다이오드 ( Organic Photo-Diode, OPD ) 를 제작하는 것이었으며, 사용 된 유기 반도체는 P-type copper phthalocyanine ( CuPc ), N-type N,N‘-Dioctyl-3,4,9,10- perylenedicarboximide ( PTCDI-C8 ) 이고, Anode 전극은 ITO, Cathode 전극은 알루미늄 ( Al ) 을 사용하였다, 그 구조는 P-N Vertical Junction 형태이며, 제작 된 OPD의 성능은 39.1%의 양자효율을 보여주었다. 다음은 광전하가 수집, 추출 될 유기박막트랜지스터 ( Organic Thin Film Transistor, OTFT ) 를 제작하는 과정으로, Bottom Contact Bottom Gate의 구조를 채택하였고, Gate 전극 ITO, Gate 절연체 poly-4-vinylphenol ( PVP ), Source-Drain 전극 금 ( Au ), 활성층은 P-type Semiconductor인 Pentacene을 사용하여 제작하였으며, 그 성능은 0.2(±0.05) ㎠/V・s 수준의 Mobility를 보여주었다. 그 다음, 앞선 두 소자 ( OPD, OTFT ) 를 결합한 새로운 소자인 유기저장소자 ( Organic Storage Device, OSD ) 를 개발, 제작하였고, 구조는 OTFT와 OPD를 결합 한 형태이며, 그 특성은 OPD와 OTFT의 병합적인 물성과 동시에, 그것이 재현성 있게 나타나는가를 중점적으로 확인하였다. 그리고 OSD의 광전하의 수집, 추출 여부를 확인하기 위하여 신호 전달 실험을 실시하였다. 마지막으로, OSD의 Retention Time을 추출하기 위하여 Capacitance-time ( C-t ) 특성을 추출하였고, C-t 그래프와 Shockley-Read-Hall ( SRH ) Model을 통해 약 400msec ∼ 600msec의 Retention Time을 추출하였다. 앞서 얻어진 OSD의 Retention Time과 현재 사용되고 있는 Si Readout Circuit의 Retention Time과의 비교를 통하여 OSD의 Storage Effect를 확인하였다.
본 논문에서 제작 된 OPD의 Acceptor층과 Donor층, OTFT의 활성층은 Organic Semiconductor가 사용되었다. 이는 OPD, OTFT 뿐만 아니라 유기발광다이오드 ( Organic Light Emitting Diode ) 그리고 유기태양전지 ( Organic Solar Cell ) 와 같은 소자에도 널리 사용되는데, 이는 Organic Semiconductor는 Van der Waals 결합으로 녹는점이 낮고, 유기 Solvent에 잘 녹을 수 있다는 장점이 있어 용액 공정이 가능하여 차세대 플렉서블 디스플레이의 핵심이 되는 중요한 물질로 각광을 받고 있기 때문이다.
주요어 : Organic Storage Device, Storage Effect, Organic CMOS Image Sensor, Organic Thin Film Transistor, Organic Photo-Diode
유기광다이오드가 결합 된
유기박막트랜지스터의 광전하 저장 효과
Photo-Charge Storage Effect of the Organic Thin Film Transistor combined with Organic Photo-Diode
전자공학과 정 창 민
지 도 교 수 송 정 근
본 논문에서 다룰 연구는, 디지털카메라 Pixel을 구성하는 이미지 센서 ( Image Sensor ) 의 Dark Current를 줄이고, Pixel의 Size를 줄여 High Resolution을 가지는 Pixel을 제작하기 위한 방법 중, Image Sensor를 구성하는 내부 Device를 구조적으로 변경, 즉, 신호 전달 Mechanism을 변경하는 방법을 사용하였을 때, 반드시 선행하여 확인해야 할 광전하 저장 효과 ( Storage Effect ) 를 검증 하는 것을 목표로 하는 연구이다.
Storage Effect는 벌크의 Life Time이 비교적 긴 반도체에서 P-N Junction에 Forward Bias가 주어졌을 때 생기는 것으로, Junction을 통해서 주입된 과잉 소수 Carrier가 Junction 부근에 축적된다. 이 때 Reverse Bias를 가하면, 이 축적 Charge에 의해 보통의 역방향 포화 Current보다 매우 큰 Current가 흐르는데, 이 현상은 축적 된 Charge가 재결합 또는 Reverse Bias에 의해 일소되기까지 지속한다. 이 효과는 Bias 뿐만 아니라 광자 ( Photon ) 에 의해 생성 된 Carrier도 마찬가지로 적용 되며, 축적 된 Carrier의 Life Time이 길수록 오랜 시간동안 전기적 특성에 영향을 준다.
본격적인 연구 내용은 먼저, 광에 민감한 유기광다이오드 ( Organic Photo-Diode, OPD ) 를 제작하는 것이었으며, 사용 된 유기 반도체는 P-type copper phthalocyanine ( CuPc ), N-type N,N‘-Dioctyl-3,4,9,10- perylenedicarboximide ( PTCDI-C8 ) 이고, Anode 전극은 ITO, Cathode 전극은 알루미늄 ( Al ) 을 사용하였다, 그 구조는 P-N Vertical Junction 형태이며, 제작 된 OPD의 성능은 39.1%의 양자효율을 보여주었다. 다음은 광전하가 수집, 추출 될 유기박막트랜지스터 ( Organic Thin Film Transistor, OTFT ) 를 제작하는 과정으로, Bottom Contact Bottom Gate의 구조를 채택하였고, Gate 전극 ITO, Gate 절연체 poly-4-vinylphenol ( PVP ), Source-Drain 전극 금 ( Au ), 활성층은 P-type Semiconductor인 Pentacene을 사용하여 제작하였으며, 그 성능은 0.2(±0.05) ㎠/V・s 수준의 Mobility를 보여주었다. 그 다음, 앞선 두 소자 ( OPD, OTFT ) 를 결합한 새로운 소자인 유기저장소자 ( Organic Storage Device, OSD ) 를 개발, 제작하였고, 구조는 OTFT와 OPD를 결합 한 형태이며, 그 특성은 OPD와 OTFT의 병합적인 물성과 동시에, 그것이 재현성 있게 나타나는가를 중점적으로 확인하였다. 그리고 OSD의 광전하의 수집, 추출 여부를 확인하기 위하여 신호 전달 실험을 실시하였다. 마지막으로, OSD의 Retention Time을 추출하기 위하여 Capacitance-time ( C-t ) 특성을 추출하였고, C-t 그래프와 Shockley-Read-Hall ( SRH ) Model을 통해 약 400msec ∼ 600msec의 Retention Time을 추출하였다. 앞서 얻어진 OSD의 Retention Time과 현재 사용되고 있는 Si Readout Circuit의 Retention Time과의 비교를 통하여 OSD의 Storage Effect를 확인하였다.
본 논문에서 제작 된 OPD의 Acceptor층과 Donor층, OTFT의 활성층은 Organic Semiconductor가 사용되었다. 이는 OPD, OTFT 뿐만 아니라 유기발광다이오드 ( Organic Light Emitting Diode ) 그리고 유기태양전지 ( Organic Solar Cell ) 와 같은 소자에도 널리 사용되는데, 이는 Organic Semiconductor는 Van der Waals 결합으로 녹는점이 낮고, 유기 Solvent에 잘 녹을 수 있다는 장점이 있어 용액 공정이 가능하여 차세대 플렉서블 디스플레이의 핵심이 되는 중요한 물질로 각광을 받고 있기 때문이다.
주요어 : Organic Storage Device, Storage Effect, Organic CMOS Image Sensor, Organic Thin Film Transistor, Organic Photo-Diode
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