초록 ▼

□ 연구개요
실리콘 기반의 무기 포토디텍터는 카메라 및 디스플레이에 응용되는 이미지 센서로 주로 사용되고 있음. 그러나 무기 포토디텍터는 컬러필터가 존재하여 소자의 두께가 두껍다는 단점과 고집적, 고화소 기술적 한계에 부딪힘. 반면에 유기물 기반 포토디텍터는 무기 포토디텍터에 비해 두께가 얇고 수광 유기물의 종류가 다양하며 컬러필터를 필요로 하지 않아 소자의 두께를 얇게 제작할 수 있음. 또한 다양한 용액공정이 가능하여 생산 비용이 크게 절감된다. 유기물 기반 플렉서블한 투명 포토디텍터의 개발은 4차 산업혁명 대비 고부가가치

□ 연구개요
실리콘 기반의 무기 포토디텍터는 카메라 및 디스플레이에 응용되는 이미지 센서로 주로 사용되고 있음. 그러나 무기 포토디텍터는 컬러필터가 존재하여 소자의 두께가 두껍다는 단점과 고집적, 고화소 기술적 한계에 부딪힘. 반면에 유기물 기반 포토디텍터는 무기 포토디텍터에 비해 두께가 얇고 수광 유기물의 종류가 다양하며 컬러필터를 필요로 하지 않아 소자의 두께를 얇게 제작할 수 있음. 또한 다양한 용액공정이 가능하여 생산 비용이 크게 절감된다. 유기물 기반 플렉서블한 투명 포토디텍터의 개발은 4차 산업혁명 대비 고부가가치 센서 기술로의 다양한 응용이 가능함.

□ 연구 목표대비 연구결과
최종 목표: 양자점 소재를 interlayer로 사용한 고내구성/고성능 역구조 투명 유무기 하이브리드 포토디텍터 요소기술 확립
1차년도(2020): Hf doped SnO₂를 전자수송층으로 사용한 포토디텍터를 제작한 결과 소자의 암전류 밀도가 SnO₂ 소자보다 약 19배 감소되는 것을 알 수 있었으며 대부분의 파장대에서 광전류가 향상됨.
2차년도(2021): CdSe/ZnS 양자점을 bilayer로 사용하여 최적의 제작 요건을 확립하였으며, CdSe/ZnS를 소자에 도입한 결과 광전류 밀도가 약 13% 증가하였고, 암전류 밀도가 약 78배 감소하여 소자의 검출능이 크게 향상됨. 또한 100 kHz 대역폭을 달성하여 광센서로서 응용 가능성을 나타냄.
3차년도(2022): HfO₂을 SnO₂ 전자수송층 위에 박막형태의 정공차단 신규 버퍼층으로 도입하여 낮은 암전류 밀도 값과 높은 detectivity를 갖는 SnO₂/HfO₂ 이중층을 갖는 페로브스카이트 포토디텍터를 제작함. 또한 WO₃/Ag/WO₃와 BCP/Ag/WO₃ 투명전극을 개발하였으며, 투과도를 향상시키고 빛의 산란을 최소화 시킬 수 있도록 각 층의 두께를 최적화함. 포토디텍터에만 국한되지 않고 태양전지에도 해당 최적 조건을 갖는 투명전극으로의 응용 가능성도 확인함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
기술적 중요성
- 신규 전이 금속으로 도핑한 SnO₂ 전자수송층의 미세계면 구조 제어기술을 통한 고성능 역구조 포토디텍터 제작
- 저온 연소 공정으로 초박막 전이금속 doped-SnO₂의 표면 및 두께 제어기술 확립
- 기존 P3HT 고분자 광활성층에 QD소재의 core/shell 구조제어를 통해 에너지 밴드 조절이 가능한 양자점 소재를 삽입하여 전자 수송층과의 구성 요건 최적화 확립
학문적 중요성
- 임피던스 기법을 활용한 양자점 기반 유기 광활성층을 사용한 광다이오드의 직렬 저항 및 병렬저항 분석기법 확보
- 레이저 다이오드 시스템을 사용한 광반응속도, 대역폭 및 dynamic range 특성 등을 체계적으로 분석하여 이미지센서용 포토디텍터 상용화를 위한 데이터베이스 구축
산업적 중요성
- 전이 금속으로 도핑한 SnO₂ 버퍼층을 사용한 역구조 디바이스의 미세계면 구조제어와 분석 요소기술 확보
- 투명하고 용액공정이 가능한 양자점 기반 유무기 하이브리드 포토디텍터를 개발하여 이미지센서 분야의 차세대 산업경쟁력 확보
- NIR~VIS 영역 흡수가 가능한 투명 포토디텍터를 개발하여 바이오센서로의 새로운 응용기술 개발
- 양자점 유무기 전자소자의 제작 및 공정관련 우수한 전문인력 양성

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 31