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제안 방법
- cm) 기판을 사용하였으며, 연구 진행에 앞서 세정 작업을 수행하였다. Acetone, methanol, pure water순으로 ultrasonic cleaner를 이용하여 각각 5분씩 세정하였으며 nitrogen blowing으로 건조작업을 수행하였다. 실험 진행에 있어서 필요한 증착 작업을 수행하기 위하여 마그네트론 스퍼터(magnetron sputter)를 이용하였으며,공정 순서는 그림 1과 같다.
- 전체적 디바이스의 구조와 증착물의 두께를 관찰하기 위해 전계 방출 주사 전자 현미경(field emission scanning electron microscope, FE-SEM)을 이용하였다. 또한, 전기적 특성을 알아보기 위하여 소스미터기(Keithley, 2400)를 이용하여 I-V 특성을 측정하였고, 외부의 전압 바이어스 인가 없이, 다양한 400 nm, 600 nm, 900nm, 1,100 nm의 파장에 대해 디바이스의 광 응답을 측정하였으며, 디바이스의 투과도를 측정하여 보기 위하여 UV-vis spectrophotometer (Shimadzu, UV-1800)을 이용하여 수행하였다.
- 본 디바이스의 광응답 특성에 대해서 알아보기 위하여 외부의 전압 바이어스는 없이 3 mW/cm2의 전력밀도를 가지는 다양한 특정 파장에 대하여 펄스형태로 디바이스에 조사(illumination)하였고, 온-오프 되는 빛에 대한 전류를 측정하였다.
- 본 연구에서는 p-type Si을 기반으로 하부에는 스퍼터의 타겟 물질로 Ni을 사용하고 실온(room temperaure,RT)에서 Ar (argon) 가스를 50 sccm 공급하면서 DC power를 50 W로 인가하고 공정압력 5 mTorr에서 3분간 스퍼터링 공정을 수행하여 제조되는 10 nm 두께의 박막을 증착하여 접촉저항(contact resistance)을 개선시켜 주었으며, 상부에는 O2 분위기에서 RTP (rapid thermal processing)를 이용하여 500℃에서 10분간 어닐링(annealing) 공정을 거쳐 3 nm 두께의 SiO2 막을 형성하여 주었다. 제작된 SiO2층은 junction quality의 향상과 이후 증착되는 MoS2의 Si으로의 diffusion을 감소시켜 주기에 탁월하다.
- 본 연구에서는 대면적 적용이 가능한 스퍼터링과 RTP만을 이용하여 디바이스를 제작하였으며, p-Si 하부에는 Ni을 증착하고, p-Si 상부에는 RTP를 이용하여 어닐링을 통한 SiO2를 형성한 후 MoS2를 증착한 다음 ITO층을 TCO로서 증착시킨 헤테로 접합 광전소자를 제작하였다.
- /p-Si/Ni/Al-back metal의 구조를 가진다. 본 연구의 모든 층의 형성은 스퍼터링 방식으로 증착하여 대면적 공정이 가능하며 SiO2의 형성을 위하여 RTP를 이용한 열처리 공정을 진행하였다. 더불어 이러한 마그네트론 스퍼터를 이용하여 제작한 광전소자는 공정상의 용이성의 장점을 가지며 대면적 공정이 가능하다는 장점을 가진다.
대상 데이터
- ,ITO의 구조는 FE-SEM을 이용하여 표면과 단면을 관찰하였으며 그림 5는 FE-SEM 촬영 이미지이다. SEM 이미지를 보면 본 디바이스의 구성 MoS2와 ITO층의 두께는 각각 6 nm, 50 nm으로 형성되어 있다.
- 본 실험에서 이용한 기판은 p-type 실리콘(borondoped, [100] orientation, resistivity 1-10 Ohm.cm) 기판을 사용하였으며, 연구 진행에 앞서 세정 작업을 수행하였다. Acetone, methanol, pure water순으로 ultrasonic cleaner를 이용하여 각각 5분씩 세정하였으며 nitrogen blowing으로 건조작업을 수행하였다.
- 본 연구에서 제작된 디바이스의 접합 구조는 그림 2에서와 같이 Al-front metal/ITO/MoS2/SiO2/p-Si/Ni/Al-back metal의 구조를 가진다. 본 연구의 모든 층의 형성은 스퍼터링 방식으로 증착하여 대면적 공정이 가능하며 SiO2의 형성을 위하여 RTP를 이용한 열처리 공정을 진행하였다.
- 세정을 마친 p-type 실리콘 하부에 Ni (nickel)과 Al 금속을 증착하였다. 실리콘의 상부에는 O2 분위기에서 RTP (rapid thermal processing)를 이용한 어닐링(annealing) 공정을 거쳐 SiO2 막을 형성하여 주었다.
이론/모형
- 전체적 디바이스의 구조와 증착물의 두께를 관찰하기 위해 전계 방출 주사 전자 현미경(field emission scanning electron microscope, FE-SEM)을 이용하였다. 또한, 전기적 특성을 알아보기 위하여 소스미터기(Keithley, 2400)를 이용하여 I-V 특성을 측정하였고, 외부의 전압 바이어스 인가 없이, 다양한 400 nm, 600 nm, 900nm, 1,100 nm의 파장에 대해 디바이스의 광 응답을 측정하였으며, 디바이스의 투과도를 측정하여 보기 위하여 UV-vis spectrophotometer (Shimadzu, UV-1800)을 이용하여 수행하였다.
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