Zn 도핑을 통한 p-type InAs 양자점의 합성 및 응용
Synthesis and application of p-type InAs quantum dot through Zn doping
- 주제어 (키워드) InAs 양자점 , 치환 도핑 , p-type 반도체 , InAs quantum dot , Substitutional doping , p-type semiconductor
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 강문성
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066994
- UCI I804:11029-000000066994
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록
InAs 양자점은 근적외선(Near-Infrared) 영역의 빛을 흡수 및 발광하는 반도체 소재로 RoHS에 문제가 되는 납-칼코겐 이원 화합물(lead-chalcogenide) 양자점을 대체할 수 있는 차세대 소재이다. 이러한 광학적인 특성 덕분에 태양전지 및 다양한 광전자소자(optoelectronic devices)에 적용되어 연구가 진행중이다. 반도체 소재를 다양한 반도체 소자에 적용하기 위해서는 전기적 특성을 자유롭게 제어해야 한다. 하지만, 대부분의 양자점이 그렇듯 InAs 양자점 또한 n-type 특성을 주로 보이며, p-type 특성을 나타내는 InAs 양자점 합성은 아직 보고되지 않았다. 이 문제를 해결하기 위해 도핑(doping)을 이용하여 InAs 양자점의 전기적 특성을 바꾸려는 연구가 진행되었고, Cu를 도펀트(dopant)로 이용해 n-type 특성을 강화한 사례와 Cd을 도펀트로 이용해 p-type InAs 양자점을 합성하는 사례가 보고되었다. 하지만, p-type InAs 양자점은 독성 중금속 물질인 Cd을 도펀트로 이용하였고, 합성 후에 Cd을 도핑시키는 두-단계 공정(two-step process)을 이용해 번거롭다는 단점이 존재한다. 본 연구에서는 이 문제들을 해결하고자 친환경 물질인 Zn를 도펀트로 사용하여 p-type InAs 양자점을 합성하는 새로운 방법을 소개한다. Zn 전구체는 합성 단계 초기에 도입되므로 추가적인 합성 후 공정을 수반하지 않는다. 또한, 전자를 3개 제공하는 In 자리에 전자를 2개 제공하는 Zn가 치환 도핑 (substitutional doping)이 되어 p-type 특성을 확보할 수 있었다. p-type InAs 양자점의 박막은 EDT(1,2-ethane dithiol) 리간드로 치환하였을 때 최대 5*10^(-3) cm^2/Vsec의 높은 hole 이동도를 확보할 수 있었다.
more초록
InAs quantum dots are semiconductor materials that absorb and emit light in the near-infrared region, and are next-generation materials that can replace lead-chalcogenide quantum dots restricted to RoHS. Thanks to these optical characteristics, it can be applied to solar cells and various opto-electronic devices. In order to apply a semiconductor material to various semiconductor devices, electrical characteristics must be freely controlled. However, like most quantum dots, InAs quantum dots also exhibit mainly n-type characteristics, and InAs quantum dot synthesis, which represents p-type characteristics, has not yet been reported. To solve this problem, research was conducted to change the electrical characteristics of InAs quantum dots using doping, and a case in which n-type characteristics were enhanced using Cu as a dopant and a case in which p-type InAs quantum dots were synthesized using Cd as a dopant were reported. However, p-type InAs quantum dots used Cd, a toxic heavy metal material, as a dopant, and have a disadvantage of being cumbersome using a two-step process in which Cd is doped after synthesis. To solve these problems, this research introduces a new method of synthesizing p-type InAs quantum dots using Zn, an eco-friendly material, as a dopant. Since the Zn precursor is introduced at the beginning of the synthesis step, it does not involve an additional post-synthesis process. In addition, Zn, which provides two electrons to the In position providing three electrons, becomes substitution doping, so that p-type characteristics can be ensured. When the thin film of the p-type InAs quantum dot was replaced with an EDT (1,2-ethane dithiol) ligand, it was possible to ensure high hole mobility of up to 5*10^(-3) cm^2/Vsec.
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