초록 ▼

광양자형 SWIR 감지 집적 IR 센서를 개발하기 위하여 SWIR용 HgCdTe 반도체의 MOVPE 성장 및 도핑 공정을 연구하였다. n on p 광 다이오드 소자의 특성을 개선하기 위하여 CdZnTe passivation 층을 e-beam 증착하였으며 C-V 특성을 측정하였고 이를 통하여 공정을 개선하였다. 제조된 HgCdTe 웨이퍼를 이용하여 1차원 배열(16×2) HgCdTe 센서 소자를 제조하였으며 I-V 특성과 spectral responsivit 특성을 측정하였다. Thermopile센서를 포함한 열형 센서의 열고립 구

광양자형 SWIR 감지 집적 IR 센서를 개발하기 위하여 SWIR용 HgCdTe 반도체의 MOVPE 성장 및 도핑 공정을 연구하였다. n on p 광 다이오드 소자의 특성을 개선하기 위하여 CdZnTe passivation 층을 e-beam 증착하였으며 C-V 특성을 측정하였고 이를 통하여 공정을 개선하였다. 제조된 HgCdTe 웨이퍼를 이용하여 1차원 배열(16×2) HgCdTe 센서 소자를 제조하였으며 I-V 특성과 spectral responsivit 특성을 측정하였다. Thermopile센서를 포함한 열형 센서의 열고립 구조인 membrane 구조에 대한 연구를 수행하였다. 기존의 후면 식각에 의한 membrane의 형성법 대신에 SOI 웨이퍼를 이용하여 membrane이 공중에 떠 있는 floating membrane구조를 형성하는 제작 공정을 연구하였고, 이것을 thermopile센서의 제작에 적용하였다. 또한 thermopile센서의 출력 신호를 증폭하기 위한 회로의 설계 및 제작에 관한 연구를 시도하였다. 상온 볼로메타용 높은 TCR 값의 비정질 산화물 박막재료를 개발하기 위하여 여러 조성의 YBaCuO 산화물 복합체를 합성하고 XRD 분석 및 전기적 특성을 측정하였다. YBa₂Cu₃Ox 조성의 비정질 박막을 저항체로 사용하는 단소자 볼로미터를 제작한 후, 광반응 측정을 통하여 상온에서의 탐지도(detectivity)를 측정하였다. 고분자를 이용한 광전소자를 개발하기 위하여 n형 반도체인 titanium oxide를 sol-gel법에 의하여 박막을 형성하여 전자수용층으로 사용하고 고분자인 polyvinyl carbazole을 광흡수체로 사용하여 무기/유기 하이브리드형 접합소자를 연구하였다. 특히 기존의 oxide계 광전소자에서 액체전해질을 사용하여 carrier의 움직임을 향상시켰으나 본 연구에서는 sensitizer에 바로 전해질을 블렌드하여 소자의 특성을 향상시키는 연구를 수행하였다.

Abstract ▼

In order to develope integrated IR sensors of quantum detector type for SWIR, we studied growth and doping processes for SWIR HgCdTe. To improve diode characteristics of n on p HgCdTe, CdZnTe passivation layers were deposited on HgCdTe by e-beam process. C-V measurement was used to asses and improve

In order to develope integrated IR sensors of quantum detector type for SWIR, we studied growth and doping processes for SWIR HgCdTe. To improve diode characteristics of n on p HgCdTe, CdZnTe passivation layers were deposited on HgCdTe by e-beam process. C-V measurement was used to asses and improve the passivation process. With using HgCdTe wafers grown, we fabricated 1-dimensional HgCdTe devices (16×2) for sensing SWIR an measured their I-V characteristics and spectral responsivity. Membrane structure, thermal isolation structure of thermal sensor included thermopile sensor was studied. By SOI-based processing method substitute fo typical backside etching method, floating membrane structure was made and it was applied to fabrication of thermopile sensor. Also, the design and fabrication of circuit for amplifying output signal of thermopile sensor was tried. In order to develope the target materials for amorphous cuprate thin films with high TCR absolute values, YBaCuO compounds of various compositions were synthesized. XRD analysis and electrical property measurements were performed for the compounds. A resistive YBa₂Cu₃Ox bolometer for an un-cooled IR detector was successfully fabricated. And detectivity D* at room temperatures was calculated from observed responsivity, r and noise voltage, Vn of the bolometer through photoresponse measurements. Polymer photovoltaic devices were investigated using a organic/inorganic hybride multilayer system. Titianium oxide layer as a n-type semiconductor was prepared by sol-gel reaction. In the hybride system, electrons were injected from sensitizers after absobing photons into the oxide layer. Liquid electrolyte which were used for conventional photovoltaic electrochemical cell was substituted with solid electrolytes. The blend of PVK sensitizer and TBABF₄electrolyte was investigated to improve the photo conversion efficiency as well as the response time.

목차 Contents

• 제1장 서론...17
• 제2장 연구 개발 수행 내용 및 결과...19
• 제1절 HgCdTe IR 센서의 연구 내용 및 결과...19
• 1. 서론...19
• 2. 실험 장치 및 방법...20
• 가. HgCdTe 웨이퍼 성장 장치...20
• 나. HgCdTe의 성장과 도핑...20
• 다. HgCdTe의 특성 측정과 소자 제작...22
• 3. 실험 결과...23
• 가. HgCdTe 웨이퍼의 특성...23
• 나. Passivation 공정 개선...26
• 다. 소자의 전류-전압 (Ⅳ) 특성...36
• 라. 소자의 Spectral Responsivity...39
• 제2절 써모 파일 IR 센서의 연구 내용 및 결과...42
• 1. Floating membrane구조의 제작에 관한 연구...42
• 가. $Si_3N_4/SiO_2/Si_3N_4$(N/O/N)층을 이용한 floating membrane의 형성...42
• 나. 웨이퍼 접합을 이용한 floating membrane의 형성...44
• 다. SOI웨이퍼를 이용한 floating membrane의 형성...47
• 2. SOI-based floating membrane구조의 thermopile 센서 제작에 관한 연구...49
• 3. Thermopile센서 출력 증폭회로의 설계 및 제작에 관한 연구...54
• 제3절 비정질 YBaCuO 상온 볼로미터의 연구 내용 및 결과...56
• 1. 개요...56
• 2. 실험장치 및 방법...58
• 가. $Y_2BaCuO_5$ + 3CuO 복합체 합성...58
• 나. $Y_2Cu_2O_5$ + xCuO 및 $Y_{1.8}Ca_{0.2}Cu_2Oy,/;Y_{1.8}Ce_{0.2}Cu_2Oy$ 복합체 합성...58
• 다. 비정질 YBa2Cu3Ox 박막의 증착...59
• 라. 단소자 볼로미터 제작...60
• 마. 볼로미터의 광반응 측정장치 set-up...62
• 3. 연구 결과...63
• 가. $Y_2BaCuO_5$ + 3CuO 복합체 합성...63
• 나. $Y_2Cu_2O_5$ 및 $Y_{1.8}Ca_{0.2}Cu_2Oy,/;Y_{1.8}Ce_{0.2}Cu_2Oy$ 복합체 합성...64
• 다. 비정질 YBa2Cu3Ox 단소자 볼로미터의 특성측정...68
• 4. 결론 및 향후 연구 계획...71
• 제4절 고분자 광전센서 연구 내용 및 결과...72
• 1. 개요...72
• 2. 실험 장치 및 방법...75
• 가. TiO₂박막의 형성...75
• 나. 고분자 광전소자의 제작...75
• 다. 광전특성의 측정...77
• 3. 결과 및 고찰...78
• 가. TiO₂gel 박막...78
• 다. Photocurrent 스펙트럼...81
• 라. 전류-전압 (Ⅰ-Ⅴ) 특성...82
• 제3장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도...91
• 제1절 HgCdTe IR 센서의 목표 달성도 및 대외 기여도...91
• 제2절 써모 파일 IR 센서의 목표 달성도 및 대외 기여도...92
• 제3절 비정질 YBaCuO 상온 볼로미터의 목표 달성도 및 대외 기여도...93
• 제4절 고분자 광전소자의 목표 달성도 및 대외 기여도...94
• 제4장 연구개발결과의 활용계획...95
• 제1절 HgCdTe IR 센서의 활용 계획...95
• 제2절 써모 파일 IR 센서의 활용 계획...95
• 제3절 비정질 YBaCuO 상온 볼로미터의 활용계획...96
• 제5장 참고문헌...97