The study of the terahertz waves modulation using carrier diffusion in organic-inorganic heterojunction structures
유기-무기물 이종접합 구조에서 전하 확산을 이용한 테라헤르츠파 변조에 관한 연구
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이기진
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000047329
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작원 보호를 받습니다.
초록/요약
In this thesis, I presented an optically controllable THz wave modulator which was fabricated with an organic-inorganic semiconductor heterojunction structure. The characteristics of THz waves under photoexcitation through heterojunction structures were measured by using THz time-domain spectroscopy and the crystalline ordering of organic thin films deposited on Si substrates was investigated. I fabricated organic-inorganic semiconductor heterojunction structures, using Si which has the characteristics of high THz transmission and effective photoexcitation. I expected that the photoexcited carriers in the heterojunction structures will be free and thus they can diffuse from the Si substrate into the organic layer. Therefore, these carriers attenuate the transmission of THz waves. In order to clarify the THz modulation effect using the phenomenon of carrier diffusion, I fabricated the heterojunction structures that organic molecular semiconductors were deposited on quartz and GaAs substrates, respectively, and compared with the characteristics of THz transmission under photoexcitation. Also, to apply the characteristics of conductivity which depend on the crystalline ordering of organic molecular semiconductors, I fabricated the copper-pthalocyanine thin films deposited on Si in various annealing temperatures and investigated the characteristics of THz waves transmission which were affected by the carrier diffusivity determined by the crystalline ordering under the condition of photoexcitation. Then, the structure that the diffusivity is sensitive to the carrier density was fabricated and I presented the directional properties of THz wave transmission using this structure. To investigate the relation between the crystalline ordering in organic films and carrier diffusion, I fabricated the copper-pthalocyanine, fullerene and pentacene films in various temperatures and thickness. I observed that the carrier density diffused from Si is increased, with the increase of the crystalline ordering in organic films. To measure these phenomena, I used THz time-domain spectroscopy and a scanning electron microscope. And I developed a broadband THz wave modulator which depends on the crystalline ordering of organic layer. In the conclusion, I could expect the crystalline ordering in organic films, using THz time-domain spectroscopy under photoexcitation and these properties could be applied to the broadband THz modulation.
more초록/요약
유기-무기물 반도체 이종 접합 구조를 제작하여 테라헤르츠파 광조절 투과 변조기를 만들었다. 이종 접합 구조에 대한 테라헤르츠파의 광여기 투과 특성을 테라헤르츠파 시간축 분광기법을 이용하여 측정하였고, 이를 이용하여 무기물 반도체 기판에 성장한 유기물 반도체 박막의 결정 정렬 특성을 분석하였다. 테라헤르츠파에 대한 투과 특성과 광여기 특성이 좋은 실리콘 기판을 이용하여 Si기판 위에 유기물 반도체를 성장하여 유기물-무기물 반도체 이종 접합 구조를 제작하였다. 이종 접합 구조의 광여기에 의해 만들어진 전하는 실리콘 기판에서 유기물 층으로 확산하여 만들어진 자유 전하임을 예상하였고 이에 의해 테라헤르츠파의 투과 특성이 조절 됨을 연구하였다. 테라헤르츠파 변조 효과가 전하 확산에 의한 현상임을 확인 하기 위해 quartz 기판과 GaAs 기판에 유기물을 성장한 접합 구조를 제작하여 광여기 시의 테라헤르츠파 투과 특성을 비교하였다. 또한, 유기물 반도체의 결정 정렬 정도에 따라 전기적 전도도 특성이 다름을 이용하여 Si 기판 위에 열처리 조건이 다른 CuPc 접합구조를 만들었고 열처리에 의해 결정 정렬 상태가 다른 접합 구조의 광여기 시 테라헤르츠파 투과 특성이 전하 확산도에 따라 다름을 확인하였다. CuPc α-phase/Si 구조가 전하 농도에 의해 확산도가 크게 영향을 받는 구조임을 알았고 이를 이용하여 테라헤르츠파 투과의 방향성에 대해 기술하였다. 유기물 층의 결정 정렬 정도와 전하 확산의 특성을 알기 위해 두께 조절과 열처리 온도를 다르게 한 CuPc, fullerene 및 pentacene 접합 구조를 제작하였고 유기물 결정의 정렬 상태와 테라헤르츠파 투과도의 관계를 연구하였다. 유기물 박막의 결정 정렬도가 증가할수록 확산 전하에 의한 전하 밀도가 증가함을 테라헤르츠파 시간축 분광기법과 전자 현미경 영상을 이용하여 확인하였고, 이를 적용하여 테라헤르츠파의 광조절 광대역 변조기를 개발하였다. 광여기 시간축 분광기법을 이용하여 유기물 반도체의 결정 정렬 상태를 예상할 수 있고, 테라헤르츠파의 광대역 변조 현상에 이용할 수 있음을 보였다.
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