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산화물 이종접합 기반 차세대 광트랜지스터 관련 연구 동향 원문보기

E<SUP>2</SUP>M : Electrical & Electronic materials = 전기 전자와 첨단 소재, v.33 no.5, 2020년, pp.16 - 25  

이바울 (성균관대학교 신소재공학과) ,  김찬호 (성균관대학교 신소재공학과) ,  김명길 (성균관대학교 신소재공학과)

초록이 없습니다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 고에서는 광다이오드 및 광트랜지스터의 동작원리 및 특성을 시작으로, 산화물 이종접합 기반 고성능 광트랜지스터 연구동향에 대해 소개하였다. 산화물 이종접합 기반의 광트랜지스터는 산화물 반도체의 장점인 높은 전하 이동도, 대면적화, 저온공정 호환성을 유지함과 동시에 취약점인 산소결함으로부터 발생하는 기능 저하 및 소자 불안정성이 획기적으로 개선됨을 확인하였다.
  • 본 고에서는 차세대 광소자 기술에 중심에 있는 ‘산화물 이종접합 기반 광트랜지스터’의 개발 동향에 대해 소개하고, 미래 산업 적용 가능성에 대해 언급하고자 한다.
  • 본 고에서는 차세대 광소자 기술에 중심에 있는 ‘산화물 이종접합 기반 광트랜지스터’의 개발 동향에 대해 소개하고, 미래 산업 적용 가능성에 대해 언급하고자 한다. 본론에서는 광다이오드 및 광트랜지스터로 대표되는 광센서 소자들의 구동원리 및 특징, 산화물 반도체 기반 고성능 광검출기, 유무기 하이브리드 광트 랜지스터, 양자점 기술을 활용한 광트랜지스터 등 주요 연구의 간단한 배경지식과 함께 기술적인 내용에 대해 살펴보고자 한다. 끝으로 맺을말을 통해 본론의 핵심 키워드를 정리하고, 위 연구들이 시사하는 바에 대해 언급할 예정이다.
  • 하지만 산소결함(oxygen vacancy)으로 발생하는 소자의 기능 저하 및 광자(photon) 가속 불안정성 등, 여전히 상용화에 있어 많은 문제가 남아있다. 이를 극복하고자 유무기 하이브리드 물질을 활용한 광트랜지스터 개발이 활발히 연구 중이며, 이를 대표하는 논문을 소개하고자한다 [2,6-8].

가설 설정

  • 그림 1 ▶ (a) 광융합기술 전개도, (b) 광융합기술 시장 전망.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
광신호 검출기란 무엇인가? 광융합기술 고도화를 위한 고성능, 저비용 소자의 구현은 광신호 검출기(photo siganl detector)를 이해하는 것으로부터 출발한다. 광신호 검출기는 빛 에너지로부터 발생한 광자 (photon)를 전하 운반체(charge carrier)로 전환시키는 소자를 일컫으며, 소자의 구조 및 동작원리에 따라 크게 광트랜지스터, 광다이오드(photodiode), 광전도체(photoconductor)로 구분할 수 있다. 개별 소자들은 각각의 장단점을 가지고 다양한 분야에 용용이 되어왔다.
광융합기술의 주요 분야에는 어떠한 것들이 있는가? 가까운 미래에 의료, 전자, 정보통신 산업과의 융합을 통해 광의료기기, 디지털 홀로그램 등 다양한 신시장이 개척될 것으로 예상된다. 광융합기술의 주요 분야로는 광센서(photosensors), 광트랜지스터(phototransistors), LED 등이 있으며, 전통적 방식의 광소자 대비 우수한 성능을 확보함과 동시에 저비용 (low-cost), 저온(low-temperature), 대면적화 (large-scale) 등 다양한 공정 특성을 요구하고 있다 [1-3].
광다이오드가 빛 에너지를 받게 되면 어떤 현상이 발생하는가? 광다이오드는 평상 시 역방향전압에서 전류가 흐리지 않는다. 하지만 빛 에너지를 받게 되면 전자의 들뜸(excitation) 현상으로 인해 역방향 전압에서도 전류가 흐르게 된다. 그림 2를 통해 알 수 있듯, 광다이오드는 광트랜지스터 대비 비교적 단순한 구조임으로 반응속도가 매우 빠르다.
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참고문헌 (16)

  1. Ministry of Trade, Industry and, Energy, Comprehensive Development Plan for Photovoltaic Technology (Seoul, Korea, 2019) pp. 1. 

  2. K. J. Baeg, M. Binda, D. Natali, M. Caironi, and Y. Y. Noh, Advanced Materials , 25, 4270 (2013). https://doi.org/10.1002/adma.201204979. 

  3. H. R. Lim, H. S. Kim, R. Qazi, Y. T. Kwon, J. W. Jeong, and W. H. Yeo, Advanced Materials , 32, 2 (2019). https://doi.org/10.1002/adma.201901924. 

  4. T. N. Ng, W. S. Wong, M. L. Chabinyc, S. Sambandan, and B. A. Street, Appl. Phys. Lett., 92, 191 (2008). https://doi.org/10.1063/1.2937018. 

  5. Bharadwaj, Phototransistor working principle, https://engineeringtutorial.com , 2016. 

  6. Y. S. Rim, K. C. Ok, Y. M. Yang, H. Chen, S. H. Bae, C. Wang, Y. Huang, J. S. Park, and Y. Yang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 8, 14665 (2016). https://doi.org/10.1021/acsami.6b02814. 

  7. J. Yu, K. Javaid, L. Liang, W. Wu, Y. Liang, A. Song, H. Zhang, W. Shi, T. C. Chang, and H. Cao, Appl. Mater. Interfaces, 8, 8102 (2018). https://doi.org/10.1021/acsami.7b16498. 

  8. Y. S. Rim, Y. M. Yang, S. H. Bae, H. Chen, C. Li, M. S. Goorsky, and Y. Yang, Advanced Materials, 27, 6885 (2015). https://doi.org/10.1002/adma.201502996. 

  9. H. J. Joo, M. G. Shin, H. S. Jung, H. S. Cha, D. Nam, and H. I. Kwon, Materials, 12, 3815 (2019). https://doi.org/10.3390/ma12233815. 

  10. S. Wei, F. Zou, L. Wang, C. Liu, X. Liu, W. Hu, Z. Fan, J. C. Ho, and L. Liao, Advanced Materials, 32, 1907527 (2020). https://doi.org/10.1002/adma.201907527. 

  11. Y. Wang, L. Wang, F. Liu, Z. Peng, Y. Zhang, and C. Jiang, Organic electronics, 83, 105778 (2020). https://doi.org/10.1016/j.orgel.2020.105778. 

  12. C. R. Kagan, E. Lifshitz, E. H. Sargent, and D. V. Talapin, Science, 353, aac5523 (2016). https://doi.org/10.1126/science.aac5523. 

  13. J. Kim, S. M. Kwon, Y. K. Kang, Y. H. Kim, M. J. Lee, K. J. Han, A. Facchetti, M. G. Kim, and S. K. Park, Sci. Adv., 5, eaax8801 (2019). https://doi.org/10.1126/sciadv.aax8801. 

  14. D. K. Hwang, Y. T. Lee, H. S. Lee, Y. J. Lee, S. H. Shokouh, J. H. Kyhm, J. Lee, H. H. Kim, T. H. Yoo, S. H. Nam, D. I. Son, B. K. Ju, M. C. Park, J. D. Song, W. K. Choi, and S. Im, NPG Asia Materials, 8, e233 (2016). https://doi.org/10.1038/am.2015.137. 

  15. X. Ding, F. Peng, J. Zhou, W. Gong, G. Slaven, K. P. Loh, C. T. Kim, and D. T. Leong, Nature Communications, 10,41 (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-018-07835-1. 

  16. H. Moon, C. Lee, W. Lee, J. Kim, and H. Chae, Advanced Materials, 31, 1804294 (2019). https://doi.org/10.1002/adma.201804294. 

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