[논문]NiO 기반의 투명 금속 산화물 반도체 광전소자

반동균; 박왕희; 은승완; 김준동

doi:10.4313/jkem.2016.29.6.359

NiO 기반의 투명 금속 산화물 반도체 광전소자
NiO-transparent Metal-oxide Semiconductor Photoelectric Devices 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.29 no.6, 2016년, pp.359 - 364

반동균 (인천대학교 전기공학과 광전에너지소자연구실) , 박왕희 (인천대학교 전기공학과 광전에너지소자연구실) , 은승완 (인천대학교 전기공학과 광전에너지소자연구실) , 김준동 (인천대학교 전기공학과 광전에너지소자연구실)

Abstract ▼ AI-Helper

NiO serves as a window layer for Si photoelectric devices. Due to the wide energy bandgap of NiO, high optical transparency (over 80%) was achieved and applied for Si photoelectric devices. Due to the high the high mobility, the heterojunction device (Al/n-Si/$SiO_2$/p-NiO/ITO) provide ultimately fast photoresponses of rising time of $38.33{\mu}s$ and falling time of $39.25{\mu}s$, respectively. This functional NiO layer would provide benefits for high-performing photoelectric devices, including photodetectors and solar cells.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 n-type Si 기판 위에 금속 산화물 NiO와 ITO를 이용하여 n-Si/p-NiO/ITO 구조의 이종접합(heterojunction)을 하여 신속한 광응답을 갖으며 전자 이동도가 우수한 광전소자를 제작하였다.

제안 방법

본 연구에서는 대면적 적용이 가능한 스퍼터링과 RTP만을 이용하여 디바이스를 제작하였으며, n-Si 상부에 RTP를 이용하여 어닐링을 통한 SiO₂를 형성한 후 p-NiO를 증착한 다음 ITO층을 TCO로서 증착시킨 헤테로 접합 광전소자를 제작하였다.
/p-NiO/ITO의 구조를 가진다. 본 연구의 모든 층의 형성은 스퍼터링 방식으로 증착하여 대면적 공정이 가능하며 SiO₂의 형성과 ITO의 효율을 증가시키기 위하여 RTP를 이용한 열처리 공정을 진행하였다. 더불어 이러한 투명한 금속 전극을 활용한 광전소자는 공정상의 용이성의 장점을 가지며 입사되는 빛의 감응면적이 넓어지는 장점을 가진다.

대상 데이터

본 실험에서 이용한 기판은 피라미드(pyramid) 구조로 텍스쳐링(texturing) 된 n type 실리콘(silicon) 기판을 사용하였으며, 연구 진행에 앞서 세정 작업을 수행하였다. Acetone, methanol, pure water순으로 ultrasonic cleaner를 이용하여 각각 5분씩 세정하였으며 nitrogen blowing으로 건조작업을 수행하였다.

성능/효과

이러한 산화물 반도체의 광전소자는 가시광 영역에서 투과도가 80% 이상으로 확보되면서도, 자외선 영역은 효과적으로 차단되는데 이러한 특성을 이용하여 UV photodetector로 활용하였으며, 반응시간이 기존의 결과보다 매우 빠른 광감응(photoresponse)을 구현할 수 있는 것으로 확인하였다. 이는 n-Si와 헤테로 접합한 p-NiO와 그리고 TCO로서의 ITO가 광전소자의 품질을 효과적으로 증대시켰다는 것에 기인한다.

후속연구

따라서 NiO 도전 층은 Si 태양전지 응용에 크게 기인할 것이다. 기존의 산화물 반도체를 이용한 광센서에 비하여 본 연구에서의 디바이스는 매우 신속한 광응답 특성을 보이는데, NiO 기반의 신개념 p-n 금속 산화물 이종접합 반도체의 제작과 특성에 대한 결과 또한 기존의 결과에 비하여 광학적, 전기적 특성을 향상하며 광전소자, 광검출기(photo detector) 등 다양한 광전 관련 디바이스에 새로운 기술을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
이러한 반응 속도와 민감도가 탁월한 고성능 p-type 금속 산화물인 NiO (nickel oxide)의 구조 특성을 이용한 n-Si/p-NiO/ITO 구조의 투명 전극 금속 산화물 반도체 광전소자의 개발은 가시광영역의 투과성이 높고 전기전도성이 우수하며 또한, 대부분의 광전소자에서 이용하던 불투명한 전극을 투명한 ITO로 대체함으로써 빛의 감응면적을 넓혀 광전 효율을 높일 수 있는 효과적인 광전소자 적용될 수 있는 근간기술이 될 것으로 예상된다 [8-10].
본 NiO 기반의 쇼트키 접합(Schottky junction) 디바이스의 태양전지 효율은 상대적으로 낮은데, 이는 NiO의 큰 직렬저항 때문으로 판단된다. 향후 지속된 연구를 통하여 NiO의 직렬저항을 감소시킨다면 효율을 향상시킬 수 있는 중요한 요소가 될 것으로 판단되며 전기전도성이 우수하여 광학적으로 투과도가 높은 NiO를 이용한 기능성 전면 접합이 태양전지에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	금속 산화물 반도체의 장점은?	가시광영역의 투과성이 우수하고 금속과 산소의 이온 결합으로 이루어지는 금속 산화물 반도체(metal-oxide semiconductor)는 높은 전자 이동도(>10 cm²/Vs)를 나타내기 때문에 전자 이동도를 높이기 위한 별도의 도핑 공정이 필요로 하지 않아 공정비용 상승의 문제가 없으며, 산업 활용도가 매우 높은 물질로 다양한 전기/전자 분야와 solar cell, display,LED 등 대부분의 광전소자와 센서 응용소자에 이용되고 있다 [1].
	NiO란?	이러한 산화물 반도체에 대표적인 물질인 NiO(nickel oxide)는 반응 속도와 민감도가 탁월한 고성능 p-type 금속 산화물로 이의 구조 특성을 이용하면 더욱 고성능의 그리고 다방면에서 활용할 반도체로서 빠른 응답속도와 전기 전도성의 개선을 구현할 수 있을 것이다. 또한 p-type 금속 산화물 반도체는 매우 드물기 때문에, 효과적인 p-type 산화물 반도체의 개발은 투명 전자소자에서 매우 중요한 사안으로 본 연구에 활용한 3.
	헤테로 접합 광전소자가 매우 빠른 광감응이 나타난 이유는?	이러한 산화물 반도체의 광전소자는 가시광 영역에서 투과도가 80% 이상으로 확보되면서도, 자외선 영역은 효과적으로 차단되는데 이러한 특성을 이용하여 UV photodetector로 활용하였으며, 반응시간이 기존의 결과보다 매우 빠른 광감응(photoresponse)을 구현할 수 있는 것으로 확인하였다. 이는 n-Si와 헤테로 접합한 p-NiO와 그리고 TCO로서의 ITO가 광전소자의 품질을 효과적으로 증대시켰다는 것에 기인한다.

참고문헌 (10)

A. Takagi, K. Nomura, H. Ohta, H. Yanagi, T. Kamiya, M. Hirano, and H. Hosono, Thin Solid Films, 438, 38 (2005). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2004.11.223
K. H. Kim, H. S. Kim, M. Patel, and J. D. Kim, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 28, 808 (2015).
H. Kim, C. M. Gilmore, A. Pique, J. S. Horwitz, H. Mattoussi, H. Murata, Z. H. Kafafi, and D. B. Chrisey, J. Appl. Phys., 86, 6451 (1999). [DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.371708]

상세보기
T. Karasawa and Y. Miyata, Thin Solid Films, 223, 135 (1993). [DOI: http://dx.doi.org/10.1016/0040-6090(93)9073-A]

상세보기
S. Ishibashi, Y. Higuchi, Y. Ota, and K. Nakamura, J. Vac. Sci. Technol. A, 8 1403 (1990). [DOI: http://dx.doi.org/10.1116/1.576890]

상세보기
M. D. Kumar, H. K. Kim, and J. D. Kim, Sensors and Actuators A, 223, 290 (2015).
C. Battaglia, S. M. de Nicolas, S. D. Wolf, X. Yin, M. Zheng, C. Ballif, and A. Javey, Applied Physics Letters, 104, 113902 (2014). [DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4868880]

상세보기
L. G. Gerling, S. Mahato, C. Voz, R. Alcubilla, and J. Puigdollers, Appl. Sci., 5, 695 (2015). [DOI: http://dx.doi.org/10.3390/app5040695]

상세보기
K. M. Kang, J. H. Yoon, Y. C. Park, and J. D. Kim, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 27, 276 (2014).
Z. H. Wang, S. H. Lee, D. H. Kim, J. H. Kim, and J. K. Park, Solar Energy Materials and Solar Cells, 94, 1592 (2010).

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