[논문]MoOx 기반의 고성능 투명 광검출기

박왕희; 이경남; 김준동

doi:10.4313/jkem.2017.30.6.387

MoOx 기반의 고성능 투명 광검출기
MoOx-Windowed High-Performing Transparent Photodetector 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.30 no.6, 2017년, pp.387 - 392

박왕희 (인천대학교 차세대 융합에너지 중점연구소 광전에너지소자연구실) , 이경남 (인천대학교 차세대 융합에너지 중점연구소 광전에너지소자연구실) , 김준동 (인천대학교 차세대 융합에너지 중점연구소 광전에너지소자연구실)

Abstract ▼ AI-Helper

A high-performing all-transparent photodetector was created by configuring a $MoO_x$/NiO/ZnO/ITO structure on a glass substrate. The ITO bottom layer was applied as a back contact. To achieve the transparent p/n junction, p-type NiO was coated on the n-type ZnO layer. Reactive sputtering was used to spontaneously form the ZnO or NiO layer. In order to improve the transparent photodetector performance, the functional $MoO_x$ window layer was used. Optically, the $MoO_x$ window provided a refractive index layer (n=1.39) lower than that of NiO (n=2), increasing the absorption of the incident light wavelengths (${\lambda}s$). Moreover, the $MoO_x$ window can provide a lower sheet resistance to improve the carrier collection for the photoresponses. The $MoO_x$/NiO/ZnO/ITO device showed significantly better photoresponses of 877.05 (at ${\lambda}$=460nm), 87.30 (${\lambda}$=520 nm), and 30.38 (${\lambda}$=620 nm), compared to 197.28 (${\lambda}$=460 nm), 51.74 (${\lambda}$=520 nm) and 25.30 (${\lambda}$=620 nm) of the NiO/ZnO/ITO device. We demonstrated the high-performing transparent photodetector by using the multifunctional $MoO_x$ window layer.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 실험에서는 스퍼터를 이용하여 유리 기판 위에 후면 전극 ITO, n-type ZnO, p-type NiO, n-type MoO_x의 순서로 각 물질을 증착하여 투명한 광검출기를 제작하여 광학적/전기적 특성을 분석하였다.

제안 방법

그 후에 산화니켈(NiO)을 증착하고 마지막으로 산화몰리브덴(MoO_x)을 증착하여 반투명한 광검출기를 제작하였다. 또한 MoO_x층(layer)의 존재 유무에 대한 효과를 확인하기 위해 MoO_x가 증착되지 않은 NiO/ZnO/ITO 형태의 반투명한 광검출기를 제작하여 각 특성을 비교하였다. 이러한 스퍼터링 공정 단계에서 NiO와 MoO_x의 경우에는 reactive 스퍼터링 방식을 이용하여 증착하였는데, 이는 산소 가스와 아르곤 가스를 동시에 주입하여 금속이 산소와 반응하며 증착되는 방식이다.
본 실험에서는 magnetron sputtering system을 이용하여 후면 전극으로 ITO, n-type의 ZnO와 p-type의 NiO을 유리 기판에 증착하여 고성능의 투명 광검출기를 제작하였다.
입사광 측면에 굴절률이 다른 MoO_x(굴절률 1.39)와 NiO (굴절률 2) 물질을 조합하여 더 많은 양의 빛이 투명 소자 내부로 인가될 수 있게 설계되었다. MoO_x/NiO/ ZnO/ITO 구조의 광검출기의 투과율은 52.

대상 데이터

/NiO/ZnO/ITO 투명 광전 소자의 구조 단면도를 보여주며 그림 2(b)는 실제 사진과 도식도이다. 본 소자에 기판으로 사용된 유리 기판으로부터 ITO (100 nm), ZnO (100 nm), NiO (30 nm), MoO_x(60 nm)의 순서로 증착이 된 것을 확인할수 있다.

데이터처리

전계 방출형 주사 현미경(FE-SEM)을 사용하여 본 실험에서 증착된 물질들의 두께를 관찰하였고,UV-vis spectro photometer (UV-2600)를 사용하여 투과율, 반사율, 흡수도를 측정하여 광검출기의 광학적 특성 및 MoO_x의 굴절률을 확인하였다. 또한, 4-point probe를 이용하여 광검출기의 표면저항을 측정하였으며, Keithly와 파장별 LED를 이용하여 광응답 및 광응답 속도를 확인하였다.
순수 니켈(Ni) 타겟 혹은 몰리브덴(Mo) 타겟을 이용하여, NiO와 MoO_x의 산화물 반도체를 형성하게 된다. 전계 방출형 주사 현미경(FE-SEM)을 사용하여 본 실험에서 증착된 물질들의 두께를 관찰하였고,UV-vis spectro photometer (UV-2600)를 사용하여 투과율, 반사율, 흡수도를 측정하여 광검출기의 광학적 특성 및 MoO_x의 굴절률을 확인하였다. 또한, 4-point probe를 이용하여 광검출기의 표면저항을 측정하였으며, Keithly와 파장별 LED를 이용하여 광응답 및 광응답 속도를 확인하였다.

이론/모형

본 실험의 광검출기는 각 물질들을 증착하기 위하여 magnetron sputtering system을 이용하여 증착하였다

성능/효과

39)와 NiO (굴절률 2) 물질을 조합하여 더 많은 양의 빛이 투명 소자 내부로 인가될 수 있게 설계되었다. MoO_x/NiO/ ZnO/ITO 구조의 광검출기의 투과율은 52.38%로 반투 명하였으며, 4 point probe를 이용하여 표면저항을 측정한 결과 표면저항은 11.22 Ω/ᤝ로 NiO/ZnO/ITO 구조의 광검출기(694.4 kΩ/□)에 비하여 아주 낮은 표면저항을 보였다. MoO_x가 적용된 광검출기의 성능은 대폭 향상되어, 가시광 내의 파장인 460 nm, 520 nm, 620 nm의 파장에서 각각 87,705, 8,730, 3,038%의 광응답비와 평균 45.
4 kΩ/□)에 비하여 아주 낮은 표면저항을 보였다. MoO_x가 적용된 광검출기의 성능은 대폭 향상되어, 가시광 내의 파장인 460 nm, 520 nm, 620 nm의 파장에서 각각 87,705, 8,730, 3,038%의 광응답비와 평균 45.22 ms의 상승시간과 46.05 ms의 하강시간의 빠른 광응답 속도를 보였다. 결과적으로 MoO_x층은 광학적으로 입사광의 유입을 증대시키고, 전기적으로 저항을 낮추는 다기능성을 제공하여 투명 광전소자의 특성을 향상시킬 수 있는 것으로 확인되었으며 향후 투명 광검출기 및 태양전지 설계에 있어 매우 큰 이점을 제공할 것이다

후속연구

05 ms의 하강시간의 빠른 광응답 속도를 보였다. 결과적으로 MoO_x층은 광학적으로 입사광의 유입을 증대시키고, 전기적으로 저항을 낮추는 다기능성을 제공하여 투명 광전소자의 특성을 향상시킬 수 있는 것으로 확인되었으며 향후 투명 광검출기 및 태양전지 설계에 있어 매우 큰 이점을 제공할 것이다

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	산화니켈의 장점은?	산화니켈(nikel oxide, NiO)은 3.6~4 eV의 높은 밴드갭을 갖는 p-type 산화물 반도체로써 빠른 반응 속도, 우수한 민감도와 전기전도성, 높은 투과성, 낮은 가격 등의 장점을 갖는다. 산화아연(zinc oxide, ZnO) 은 3.
	오늘날 광검출기의 사용 용도는?	오늘날 우주관측, 야간열화상고글의 스캐닝 이미지, 가스 누출 감지, 철도 안전, 보안 모니터 등과 같은 군사 및 일반적 목적을 위한 광검출기(photodetector)가 점점 더 많이 생기고 있다. 그 중에도 투명한 광검출기가 보통의 광검출기에 비해 보다 많은 주목을 받고 있다 [1].
	투명한 광검출기가 보통의 광검출기에 비해 보다 많은 주목을 받고 있는 이유는?	그 중에도 투명한 광검출기가 보통의 광검출기에 비해 보다 많은 주목을 받고 있다 [1]. 그 이유는 상업시장의 광범위한 영역에 엄청난 잠재력을 갖으며 상업적인 효과를 지니는 투명 디스플레이, 센서, 플렉서블한 핸드폰, 커브드 디지털 카메라, 접을 수 있는 대면적 디스플레이 등과 같은 다양한 기기에 적용이 가능하기 때문이다. 이러한 광검출기의 실질적인 제작에 있어 이상적인 광검출기는 고감도와 고속반응을 모두 만족해야 한다.

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