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문제 정의
- 본 실험에서 유기광원의 입사방향을 기준으로 Au 층에 대하여 전자의 주입방향을 순방향 바이어스와 역방향 바이어스를 인가했을 때, 각 전압변화에 의한 비정질 칼코게나이드 박막에서의 광유기 복굴절에 대하여 고찰하였다.
- 본 연구에서는 우수한 광유기 이방성(PA)을 보이는 칼코게나이드 박막에세9] 다양한 전압에서의 전계효과를 얻기 위해 As4oGeioSei5S35( 광학 에너지 갭:产~2.04eV)층위에 Au층을 열진공증착 방식을 통하여 제작하였다. 또한 이런 박막제작을 통하여 He-Ne 레이저 (人 =633nm:E妒~ 1.
제안 방법
- 0V에서 5V까지 IV씩 증가시키면서 검출광의 세기를 측정하였다. 전압을 0V에서 5V까지 인가하면서 투과광의 세기를 측정한 결과 그림 3에서와 같이, 전계를 인가하지 않은 0V를 기준으로 했을 때, 2V에서 증가함을 보이고 IV와 3V에서 광유기에 의한 이방성을 억제하는 형태로 나타났으며, 4V와 5V에선 초기의 급격한 증가 후 다시 감소하는 현상을 나타내었다.
- %)중 최대 가역적 광구조적 변화 (reversible photostructural trans -formation)를 갖는 AswGeioSeisSas의 박막을 선택하였다. [10] As-Ge-Se-S계 비정질 물질을 제작하기 위해 순도 5N의 As, Ge, Se, S를 원자량 비 40 : 10 : 15 : 35를 갖도록 평량하여 직경 10mm의 석영관에 약 2 ><10「气00"로 진공 봉입 하였다. 진공 봉입된 석영관은 전기로에 넣어, 균일한 유리질상의 재현과 충분한 구조적 재배열을 위해 각 원소의 녹는점 (melting point) 부근인 220℃에서 2시간, 600℃에서 4시간을 유지시켜 각각의 원소들이 충분히 반응하도록 하였으며, 온도를 서서히 상승시켜 870℃ 부근에서 25시간 이상 용융상태를 유지하였다.
- 진공 봉입된 석영관은 전기로에 넣어, 균일한 유리질상의 재현과 충분한 구조적 재배열을 위해 각 원소의 녹는점 (melting point) 부근인 220℃에서 2시간, 600℃에서 4시간을 유지시켜 각각의 원소들이 충분히 반응하도록 하였으며, 온도를 서서히 상승시켜 870℃ 부근에서 25시간 이상 용융상태를 유지하였다. 그 후 공기 중에서 급속히 냉각하여 시료의 비정질화를 이루도록 하였다. 박막은 ITO(IOOOA) 기판 위에 진공도가 약 2X10「6Torr에서 열진공증착방법를 사용하여 1.
- 04eV)층위에 Au층을 열진공증착 방식을 통하여 제작하였다. 또한 이런 박막제작을 통하여 He-Ne 레이저 (人 =633nm:E妒~ 1.96eV) 를 유기 광 (induced light)으로 하여, 노출시 유기광원의 입사 방향에 대해 순방향 바이어스와 역방향 바이어스에 의한 전계 인가시 복굴절변화를 조사하였다.
- 측정 장치도이다. 또한, 박막내부의 구조적 변화를 유도하기 위해 사용된 유기광은 편광 되지 않은 He-Ne 레 이저( 人 =633nm:23.2mW/cnf)를 사용하였으며, 선형 편광-광은 선형 편광기를 이용하여 만들었다. 샘플 표면에서의 유기광의 세기는 4.
- 그 후 공기 중에서 급속히 냉각하여 시료의 비정질화를 이루도록 하였다. 박막은 ITO(IOOOA) 기판 위에 진공도가 약 2X10「6Torr에서 열진공증착방법를 사용하여 1.0 /加의 두께를 갖도록 칼코게나이드 박막을 제작하였다. 또한 여기에 전극으로서 Au층을 150A의 두께로 증착하였다.
- 박막의 제작은 전계효과에 의한 복굴절 특성을 알아보기 위하여 ITO 기판 위에 그림 1과 같은 박막 구조로 제작하였다. 전계 인가시 금(Au) 리드선을이용하였으며, 양쪽 전극의 접합은 접촉 저항을 최소화하기 위하여 인듐(In)을 사용하였다.
- 순방향 바이어스 전계는 금(Au)을 양전극으로 하고 ITO를 음전극으로 전압을 인가하였다. 0V에서 5V까지 IV씩 증가시키면서 검출광의 세기를 측정하였다.
- 3mW/arf였으며, 유기광과 측정광은 ±45° 의 각도를 유지하였다. 역시 박막의 복굴절변화 측정은 선형 편광된 반도체 레 이 저 ( 人 =780nm:5emW/cnf:E。广 ~L59eV)을 이용하여 검광자(analyzer)를 지나는 투과도 세기를 측정하였다. 투과도의 세기는 광전력미터 (Newport, 1815-C)를 사용하여 측정하였다.
- 전계 인가시 금(Au) 리드선을이용하였으며, 양쪽 전극의 접합은 접촉 저항을 최소화하기 위하여 인듐(In)을 사용하였다. 전계인가의 방향은 Au전극층에 전자가 주입되는 방향을 기준으로 하여, 전자의 주입방향이 유기광원의 입사 방향과 동일한 방향(Au층에 양극(+)을 걸어준 방향)을 순방향 바이어스(forward bias)로 하였으며, 음극(-)을 걸어준 방향을 역방향 바이어스(reverse bias)로 하였다. [11] 이것은 칼코게나이드 박막의 광유기 현상에서 박막내 독립전자쌍(lone pair electrons)에 의한 작용이 매우 크기 때문이다.
- 또한 여기에 전극으로서 Au층을 150A의 두께로 증착하였다. 증착시킨 박막의 면적은 8mmX16inin였으며, 이때 증착 속도는 구조적으로 균일한 표면을 얻기 위해 가능한 낮은 증착속도(각각 ~2A/sec)를 유지하였고, 두께 및 광학상수는 N&K Analyzer (NKT 1200)를 사용하여 측정하였다.
- [10] As-Ge-Se-S계 비정질 물질을 제작하기 위해 순도 5N의 As, Ge, Se, S를 원자량 비 40 : 10 : 15 : 35를 갖도록 평량하여 직경 10mm의 석영관에 약 2 ><10「气00"로 진공 봉입 하였다. 진공 봉입된 석영관은 전기로에 넣어, 균일한 유리질상의 재현과 충분한 구조적 재배열을 위해 각 원소의 녹는점 (melting point) 부근인 220℃에서 2시간, 600℃에서 4시간을 유지시켜 각각의 원소들이 충분히 반응하도록 하였으며, 온도를 서서히 상승시켜 870℃ 부근에서 25시간 이상 용융상태를 유지하였다. 그 후 공기 중에서 급속히 냉각하여 시료의 비정질화를 이루도록 하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 비정질 칼코게나이드 박막은 As4oGeioSe5o-xSx(x = 0, 25, 35 at. %)중 최대 가역적 광구조적 변화 (reversible photostructural trans -formation)를 갖는 AswGeioSeisSas의 박막을 선택하였다. [10] As-Ge-Se-S계 비정질 물질을 제작하기 위해 순도 5N의 As, Ge, Se, S를 원자량 비 40 : 10 : 15 : 35를 갖도록 평량하여 직경 10mm의 석영관에 약 2 ><10「气00"로 진공 봉입 하였다.
- 위에서의 실험과는 달리 금(Au)을 음전극으로 하고 ITO를 양전극으로 역방향 바이어스를 인가하였다. 전계를 인가하지 않는 0V를 기준으로 하여 IV씩 증가 시키 면서 5V까지 측정 하였을 때, 그림 5와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
- 제작하였다. 전계 인가시 금(Au) 리드선을이용하였으며, 양쪽 전극의 접합은 접촉 저항을 최소화하기 위하여 인듐(In)을 사용하였다. 전계인가의 방향은 Au전극층에 전자가 주입되는 방향을 기준으로 하여, 전자의 주입방향이 유기광원의 입사 방향과 동일한 방향(Au층에 양극(+)을 걸어준 방향)을 순방향 바이어스(forward bias)로 하였으며, 음극(-)을 걸어준 방향을 역방향 바이어스(reverse bias)로 하였다.
성능/효과
- 또한, 굴절률 분포 변화면에 있어서는 전계 인가 방향으로 굴절률 분포가 증가하며, 비인가 방향은 감소하는 형태를 확인할 수 있다.[15] 이를 통해 약 2V에 해당하는 2MV/m의 전계가 본 연구의 1.
- 이상의 실험 결과에서 알 수 있듯이 광유기 이방성(PA)에 의해 일어나는 광유기 복굴절(PB)은 전계효과에 크게 의존함을 알 수 있으며, 또한 전계의 변화를 통하여 박막 내 광유기 복굴절 변화를 얻을 수 있었다.
- 이상의 실험결과로 볼 때 광유기 벡터 현상(PA)을 보이는 As-Ge-Se-S 박막에서 순방향과 역방향으로 바이어스를 인가함으로써 전계 효과에 의한 복굴절 변화를 유도할 수 있으며, 단일 유기광만에 의한 복굴절 변화 보다는 외부 전계 인가의 변화에 의해 복굴절 변화를 증감시킬 수 있는 특성을 얻었다. 이러한 광유기 복굴절(厶兀)의 변수는 최근 광전자 분야와 광통신 분야, 3D 영상 디스플레이 및 광메모리와 광 스위치 분야에 응용이 가능할 것이다.
- 0V에서 5V까지 IV씩 증가시키면서 검출광의 세기를 측정하였다. 전압을 0V에서 5V까지 인가하면서 투과광의 세기를 측정한 결과 그림 3에서와 같이, 전계를 인가하지 않은 0V를 기준으로 했을 때, 2V에서 증가함을 보이고 IV와 3V에서 광유기에 의한 이방성을 억제하는 형태로 나타났으며, 4V와 5V에선 초기의 급격한 증가 후 다시 감소하는 현상을 나타내었다. 이것은 전압의 변화에 따라 광유기에 의한 박막 구조 내의 이방성 변화에 대해 1V-3V에서 가장 민감한 반응을 보임을 알 수 있다.
- 전계를 인가하지 않는 0V를 기준으로 하여 IV씩 증가 시키 면서 5V까지 측정 하였을 때, 그림 5와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 측정광의 세기는 모두 0V보다 감소하였으며, 이것은 순방향 바이어스의 경우와 반대되는 현상으로 유기광의 입사방향에 대해 반대의 방향으로 전기장이 형성될 경우 광유기에 의한 향으로 형성되어 유기광원의 에너지가 박막내 전달 및 흡수되는 것을 감소시킨 결과 광유기에 의한 복굴절(厶n丿이 감소하는 것으로 볼 수 있다. 또한 순방향과 역방향 바이어스가 5V이상 인가시 박막이 파괴되는 현상을 보였다.
후속연구
- [1] Zhdanov에 의 해서 As2S(Se)3에서의 광유기 이방성의 발견이후 칼코게나이드 반도체 글라스에서 다양한 광유기 변화의 현상들은 최근 몇 년 동안 복굴절, 이색성, 편광 메모리등의 특성이 보고되었고, 이에 따른 폭넓은 응용의 가능성을 보여주었다.[2][3] 이와 같은 비정질 칼코게나이드에서의 광유기 현상들은 광학적 투과도, 반사도, 굴절상수, 표면 성질, 화학적 반응성 등의 변화 등으로 인하여 포토레지스트, 광학 메모리, 회절 소자, 도파로, 광학 소자등의 제작에 이용될 수 있다. [4] 이러한 광유기 이방성(PA)현상에 의해 일어나는 광유기 복골절 (photoinduced birefringence : PB) 은 벡터적인 현상으로 광의 편광상태에 따라 굴절률과 투과도가 이색성을 가지고 나타나는 현상으로 미시적 관점에서의 마이크로볼륨 즉, IVAPs (intimate valance alternation pairs)가 광흡수를 달리함에 따라 광구조 변환이 국부적으로 발생하는 현상이다.
- 이러한 광유기 복굴절(厶兀)의 변수는 최근 광전자 분야와 광통신 분야, 3D 영상 디스플레이 및 광메모리와 광 스위치 분야에 응용이 가능할 것이다.
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