초록 ▼

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
순차 치환 도핑 공정을 활용한 유/무기 하이브리드 광대역 광검출기 개발
- 유기 소재에 순차 치환 도핑 공정으로 polaron의 조절을 통한 흡수 band 조절 구현 (Visible/NIR wavelength)
- 무기 소재 비금속 순차 치환 도핑 공정을 통한 자외선/가시광선 흡수 조절 구현 (UV/Visible)
- 하부 무기 소재 층의 도핑을 통한 terminated atom 조절을 통한 surface dipole/morphology 제어를 통한 유/무기 소자 계면에

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
순차 치환 도핑 공정을 활용한 유/무기 하이브리드 광대역 광검출기 개발
- 유기 소재에 순차 치환 도핑 공정으로 polaron의 조절을 통한 흡수 band 조절 구현 (Visible/NIR wavelength)
- 무기 소재 비금속 순차 치환 도핑 공정을 통한 자외선/가시광선 흡수 조절 구현 (UV/Visible)
- 하부 무기 소재 층의 도핑을 통한 terminated atom 조절을 통한 surface dipole/morphology 제어를 통한 유/무기 소자 계면에서의 charge transport 개선
- 유·무기 소재 하이브리드 광범위 광검출기 개발
전체 내용
1) 산화물 반도체에 기상 순차 치환 도핑 공정을 통한 전자구조와 밴드갭 및 표면 전도성 제어. 기존의 산화물 반도체에서 기상 도핑 공정을 활용하기 위해서 수소 광화학/플라즈마 도핑, Ar 플라즈마, 암모니아 가스 도핑 공정 등 다양한 도핑 공정이 활용되고 제시되었으나, 본 공정은 산화물 반도체 내에 주입하기 위해 많은 에너지가 필요하고 도핑의 정도에 따른 전자구조를 단방향 제어만이 가능한 공정이다.
2) 유기물에서의 Side-chain Engineering의 제어를 통한 Exciton Delocalization 특성 제어. Thiol 기반의 유기 소재에서 (PBDTT-DPP, P3HT, PIDF-BT) side-chain의 변화는 back bone 내의 exciton 변화를 유도하여 결정성, 도핑 친화도 등 전반적 특성을 변화시키며, 본 연구에서는 ethylene glycol side-chain polymer를 기반으로 다양한 side-chain polymer를 활용하여 순차 치환 도핑 공정에 가장 효율이 좋은 유기 소재를 선정한다.
3) Cascade Doping에 따른 유기 소재의 Polaron Delocalization 특성 제어. 2019년 Nature에 일본 도쿄대의 와타나베 그룹에서 유기 소재에 anion exchange 공정을 통해 기존의 유기 소재가 가지는 전도성보다 높은 특성을 가질 수 있음을 보고하였고, 관련된 연구들이 활발히 보고되고 있다. 이는 무기 소재에서와 마찬가지로 기존의 도펀트가 단일 도핑으로는 보여줄 수 없는 특성을 만들어 내는 것으로, 본 연구과제에서는 이러한 현상을 활용하여 유기 반도체 소재 내에서의 polaron을 조절하여 visible과 NIR 흡수에 적합한 공정을 제시한다.
- 따라서, 본 연구자는 유·무기 기반의 하이브리드 광검출 소자를 본 연구 과제를 통해 개발하고자 하며 기존의 유·무기 하이브리드 광검출기의 낮은 응답성, 응답속도 및 안정성을 1) 순차 치환 도핑 공정을 통한 무기소재의 전자구조 및 termination 원자 제어와 2)유기소재의 dipole, delocalization의 제어를 통해 성능 향상하고자 한다.

연구개발성과

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
기존 도핑 공정의 한계점 극복: 기존의 도핑 공정은 한 도판트를 기존의 소재가 특성을 잃어버리지 않을 때까지 도핑하는 최적화의 관점이었으나, 기존의 도핑 공정이 최종 단계가 아닌 중간 단계로의 관점의 전환 및 새로운 도핑을 통한 기존소재의 더 나은 성질의 발현(전도성, Carrier density, Fermi level, 밴드갭 등)을 유도.
고성능 광대역 광검출기 공정의 제시: 유무기 포토디텍의 경우 최적화 공정의 어려움 및 낮은 공정 수율, 낮은 전하 이동도 특성으로 상용화에는 한계가 존재함.
본 연구 결과는 기존 소재의 도핑 공정을 통한 새로운 방식의 유·무기 하이브리드 광검출기 방식을 제시함으로써 기존의 유·무기 하이브리드 광검출기외에 다른 연구 방향을 제시할 것으로 기대한다.
3. 플렉서블 낮은 공정 단가의 광검출기로의 활용: 유·무기 하이브리드 광검출기는 낮은 공정온도 및 반도체 집적화 공정과의 친화도로 인하여 유연/스트레쳐블 기기에 적층된 저가·고성능 광대역 광검출기의 구현이 가능할것으로 예상한다. 따라서, 기존의 무기 소재의 광검출기가 접근할 수 없었던 웨어러블 및 스트레쳐블기기 분야로의 활용이 가능할 것으로 기대된다.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 1. 1. 연구의 개념 ... 6
• 1. 2. 연구의 가설 및 도출 근거 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1. 1차년도 ... 7
• 2. 2차년도 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 10
• 1) 연구수행 결과 ... 10
• 2) 목표 달성 수준 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 10
• 5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 11
• 1) 연구성과 ... 11
• 2) 연구성과 활용계획 ... 11
• 6. 참고문헌 ... 11
• 끝페이지 ... 11