전이금속 산화물 기반 나노박막을 사용한 유기포토디텍터의 광전특성에 관한 연구
Studies on the photovoltaic characteristics of organic photodetector using transition metal oxide based nano thin film
- 주제(키워드) 포토디텍터 , 유기포토디텍터 , 금속산화물
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 오세용
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000064600
- UCI I804:11029-000000064600
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
포토디텍터는 카메라, 모션센서 등에 사용되는 이미지 센서를 구성하는 핵심 부품 중 하나로 입사되는 광자를 전기적 신호로 바꾸어 출력하는 광전소자이다. 기존에 상용화된 포토디텍터는 실리콘 기반의 무기물 포토디텍터로 두껍고, 무거우며 공정비용이 높아 4차 산업혁명의 기반이 될 차세대 광전소자의 필수요건을 갖추지 못하였다고 볼 수 있다. 이에 반해 최근 연구되고 있는 유기물 기반 포토디텍터는 초박막의 형태로 제작할 수 있어 얇고 휘어지며 적은 공정비용으로 대량생산이 가능하다. 이러한 유기물 기반 포토디텍터는 광자로부터 여기된 전자를 전극으로 빠르게 이동시키기 위해 소자 전반에 역전압을 인가한다. 빛이 인가되지 않을 때는 암전류(누설전류)가 흐르지 않아 소자의 명암비가 극명하게 드러나는 것이 이상적인 포토디텍터이지만 이는 물리적으로 불가능하며 전극과 광활성층 사이에 버퍼층을 삽입하여 외부에서 인가되는 전자 및 정공을 일부 차단하게 된다. 본 연구에서는 금속산화물 기반 나노박막들을 버퍼층으로 사용하여 버퍼층이 물리, 화학적으로 포토디텍터의 광전특성에 미치는 영향을 조사하고 그 특성을 평가하였다. 첫째로, YbF3를 정공블로킹층으로 사용해 전극의 일함수를 높이고 계면간 저항을 감소시켰으며 YbF3 버퍼층이 외부 정공을 효과적으로 막을 수 있음을 확인하였다. 둘째로, NiOx 버퍼층에 Ga를 도핑하여 외부 전자를 효과적으로 차단하는 박막의 에너지 준위를 구성하였으며 이를 물리화학적으로 분석하였다. 셋째로, 절연체인 HfO2 초박막이 특정 두께에서 tunneling effect로 인해 전자블로킹층으로 사용 가능함을 확인하고 그러한 현상의 물리화학적인 이유에 대해서 분석하였다.
more초록/요약
The photodetector constituting the image sensor is one of the key components used in cameras, motion sensors. It is a photovoltaic device that converts incident light into an electrical signal and outputs it. Conventional photodetectors are silicon-based inorganic photodetectors that are think, heavy and expensive to process, making them unsuitable for the next generation of photovoltaic devices. On the other hand, organic-based photodetectors being studied can mass-produce thin and flexible film at low cost. Organic photodetector applies a reverse bias to transport electrons generated from incident light from active layer to electrode. When the light is not applied, the dark current is not generated, and it is an ideal photodetector that the on-off ratio of the device is clearly displayed. However, this is physically impossible, and the buffer layer is inserted between the electrode and the active layer to block electrons applied from reverse bias. In this study, the effects of metal oxide buffer layer on physical and chemical properties of photodetectors were investigated. We used YbF3, NiOx, Ga-NiOx and HfO2 tunneling layer. We fabricated P3HT-PCBM based organic photodetector and analyzed the photoelectric properties of each devices.
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