KR101580740B1 - Photo diode using hybrid structure of graphene/porous silicon and method of macufacturing the same - Google Patents
Photo diode using hybrid structure of graphene/porous silicon and method of macufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101580740B1 KR101580740B1 KR1020140070662A KR20140070662A KR101580740B1 KR 101580740 B1 KR101580740 B1 KR 101580740B1 KR 1020140070662 A KR1020140070662 A KR 1020140070662A KR 20140070662 A KR20140070662 A KR 20140070662A KR 101580740 B1 KR101580740 B1 KR 101580740B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- porous silicon
- graphene
- layer
- photodiode
- fused composite
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 152
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 147
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 140
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims abstract description 97
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 89
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 91
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 60
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 51
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 45
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 43
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 42
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 23
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 18
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 12
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 9
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 7
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- XSNQEMWVLMRPFR-UHFFFAOYSA-N silver nitride Chemical compound [N-3].[Ag+].[Ag+].[Ag+] XSNQEMWVLMRPFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004984 smart glass Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
Abstract
그래핀 및 표면에 수 나노미터(nm) 크기의 다공성 구조가 형성된 다공성 실리콘을 포함하는 융복합 나노구조체를 포함하는 포토 다이오드를 제공한다. 본 발명의 그래핀/다공성 실리콘 기반의 포토 다이오드는 광센서. 태양전지 및 LED와 같은 광소자 분야에 적용이 가능하다.There is provided a photodiode comprising a fused composite nano structure including graphene and porous silicon having a porous structure having a size of several nanometers (nm) on its surface. The graphene / porous silicon based photodiode of the present invention is an optical sensor. And can be applied to optical devices such as solar cells and LEDs.
Description
본 발명은 그래핀 및 표면에 수 나노미터(nm) 크기의 다공성 구조가 형성된 다공성 실리콘을 포함하는 융복합 나노구조체를 이용하여 광소자로서 응용가능한 포토 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a photodiode applicable as an optical device using graphene and a fused composite nano structure including porous silicon having a porous structure with a size of several nanometers (nm) on the surface thereof, and a method of manufacturing the same.
그래핀은 높은 전기전도도를 가질 뿐만 아니라 광학적으로도 높은 성능을 가지고 있어서 플렉시블 디스플레이와 터치패널 등 차세대 디스플레이 분야와 태양전지 등 에너지 사업분야, 스마트윈도우, RFID 등 다양한 전자 산업 분야에서 신소재로 활용도가 확대되고 있다. Graffin not only has high electrical conductivity but also has high optical performance, so it can be used as a new material in next generation display fields such as flexible display and touch panel, energy business such as solar cell, smart window, RFID, etc. .
최근 수년간 그래핀은 기초적인 학문의 발전뿐만 아니라, 산업적인 기술을 성장시킬 수 있는 가능성 때문에 많은 관심을 받고 있다. 특히 최근에는 그래핀의 대면적 제작기법이 개발되면서 다양한 산업분야에 그 응용 가능성이 확대되고 있다. In recent years, graphene has received considerable attention not only because of its basic academic advancement, but also because of its potential to grow industrial technology. Especially in recent years, as graphene's large-area manufacturing technique has been developed, its applicability to various industrial fields is expanding.
그 중 산업전반에 널리 사용되고 있는 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 제작한 그래핀은 대면적이면서도 높은 투과도 및 전기전도도를 가지기 때문에 투명전극으로서의 응용가능성이 기대된다. Among them, graphene produced by chemical vapor deposition (CVD), which is widely used in the industry, is expected to be used as a transparent electrode because it has a large area and high transmittance and electrical conductivity.
한편 다공성 실리콘은 실리콘 표면에 수 나노미터 미만의 나노구조를 형성하기 때문에, 실리콘 기판과 비교하여 광 반사도를 낮추어 광흡수 효율을 높일 수 있다. On the other hand, since porous silicon forms nanostructures of less than several nanometers on the silicon surface, the light absorption efficiency can be improved by lowering the light reflectance as compared with the silicon substrate.
이와 함께 실리콘 나노구조에서 발생하는 양자구속효과(quantum confinement effect, QCE)로 인하여 덩어리 실리콘(bulk Si)과 비교하여 단파장 영역에서 더욱 증대된 광 흡수율도 기대할 수 있어서 집광, 광발전 및 광센서와 같은 다양한 광전자 소자에 적용이 가능 할 것으로 기대되고 있다. In addition, due to the quantum confinement effect (QCE) occurring in the silicon nanostructure, the light absorption rate can be expected to be further increased in the short wavelength region as compared with the bulk Si, It is expected to be applicable to various optoelectronic devices.
이러한 우수한 특성을 가지는 두 소재를 융복합하여 소자를 구현한다면 보다 향상되고 우수한 성능의 소자가 기대되고, 나노구조의 융복합체로부터 새로운 물리적인 현상도 기대되기 때문에 보다 새로운 응용분야에도 적용이 가능할 것으로 기대되고 있다. If the device is realized by fusing two materials having these excellent characteristics, it is expected that the device can be improved and improved in performance, and a new physical phenomenon is expected from the nano-structured fusion complex, so that it can be applied to a new application field .
특히 이런 융복합 나노구조체를 광전자소자에 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 최근 연구에서는 그래핀/실리콘 기판 또는 그래핀/실리콘 나노선과 같은 융복합 나노구조를 제작하여 광전자소자에 응용하고자 하는 연구가 보고된 바 있다. In recent years, studies have been actively carried out to apply such fused composite nanostructures to optoelectronic devices. In recent researches, researches have been carried out to fabricate fused composite nanostructures such as graphene / silicon substrate or graphene / silicon nanowire Have been reported.
현재까지 실리콘 기반 광소자는 덩어리(bulk) 실리콘의 특성에 기인하여 근적외선 영역부터 가시광 영역의 범위(400~1100nm)에서의 수광 특성을 나타내지만 광 반응속도가 수 밀리초(ms)에서 수 초(s)로서 매우 느린 단점이 있었다. Until now, silicon-based optical devices exhibit light-receiving characteristics in the range of near-infrared to visible light (400 to 1100 nm) due to the characteristics of bulk silicon, but the photoreaction rate varies from a few milliseconds (ms) ), Which is a very slow disadvantage.
이에, 실리콘 기반 광소자에서 느린 광반응 속도를 개선하면서 더욱 넓은 파장 대역에서 발광 및 수광 특성을 가지는 광소자의 개발에 대한 필요성이 대두되었다. Accordingly, there is a need for the development of an optical device having light emission and light receiving characteristics in a wider wavelength band while improving a slow photoreaction rate in a silicon-based optical device.
본 발명은 그래핀 및 표면에 수 나노미터(nm) 크기의 다공성 구조가 형성된 다공성 실리콘을 포함하는 융복합 나노구조체를 이용하여 광소자로서 응용가능한 포토 다이오드를 제공하고자 한다.The present invention provides a photodiode applicable as an optical device using graphene and a fused composite nano structure including porous silicon having a porous structure with a size of several nanometers (nm) on its surface.
본 발명은 다이오드 기반의 광센서. 태양전지, LED와 같은 모든 광소자 분야에 적용이 가능한 우수한 광검출 성능을 보이는 그래핀/다공성 실리콘 기반의 포토 다이오드를 제공하고자 한다. The present invention relates to a diode-based optical sensor. Porous silicon-based photodiodes that exhibit excellent photodetecting performance that can be applied to all optical devices such as photovoltaic cells, solar cells, and LEDs.
실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드는 다공성 실리콘층 상에 형성된 단일층(single layer)의 그래핀을 포함하는 수직접합구조의 융복합 나노구조체; 및 상기 융복합 나노구조체의 상하부에 각각 형성된 전극을 포함한다.A photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nanostructure according to an embodiment includes a fused composite nanostructure of a vertically bonded structure including a single layer of graphene formed on a porous silicon layer; And electrodes formed on upper and lower portions of the fused composite nano structure, respectively.
상기 다공성 실리콘층은 실리콘 기판에 금속을 촉매로 하는 화학적 식각 방식(metal assisted chemical etching)을 통하여 형성될 수 있다.The porous silicon layer may be formed on a silicon substrate through a metal-assisted chemical etching process using a metal as a catalyst.
또한, 상기 단일층의 그래핀은 촉매층을 탄소 함유 혼합가스와 반응시켜 상기 촉매층 상에 화학기상증착(CVD) 방식으로 증착되어 형성되고, 상기 융복합 나노구조체는 상기 형성된 단일층의 그래핀과 상기 다공성 실리콘층을 수직접합 공정을 통하여 형성될 수 있다.The single-layer graphene is formed by reacting a catalyst layer with a carbon-containing mixed gas and depositing the catalyst layer on the catalyst layer by a chemical vapor deposition (CVD) method. The fused composite nano- The porous silicon layer may be formed through a vertical bonding process.
상기 포토 다이오드는 상기 다공성 실리콘의 다공성도(porosity)의 제어를 통하여 상기 융복합 나노구조체의 에너지 때 간격(energy band gap)이 조절되어, 벌크 실리콘에서보다 넓은 주파수 대역에서 높은 광효율을 가질 수 있다.The energy band gap of the fused composite nano structure is controlled through the control of the porosity of the porous silicon, so that the photodiode can have a high optical efficiency in a wider frequency band in bulk silicon.
실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드 제조방법은 실리콘 기판에 금속을 촉매로 하여 화학적 식각 방식을 통하여 다공성 실리콘층을 형성시키는 단계; 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 단일층의 그래핀을 상기 다공성 실리콘층에 전사시켜 융복합 나노구조체를 형성시키는 단계; 및 상기 융복합 나노구조체의 상하부에 각각 전극을 형성시키는 단계를 포함한다.A method of fabricating a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment includes forming a porous silicon layer on a silicon substrate through a chemical etching process using a metal as a catalyst; Transferring a single layer of graphene formed by a chemical vapor deposition (CVD) method to the porous silicon layer to form a fused composite nanostructure; And forming electrodes on upper and lower portions of the fused composite nano structure, respectively.
본 발명에 따르면, 그래핀 및 표면에 수 나노미터(nm) 크기의 다공성 구조가 형성된 다공성 실리콘을 포함하는 융복합 나노구조체를 포함하는 포토 다이오드를 제공하여 이를 광센서. 태양전지 및 엘이디(LED)와 같은 광소자에 응용할 수 있다.According to the present invention, there is provided a photodiode comprising a fused composite nano structure including graphene and porous silicon having a porous structure having a size of several nanometers (nm) on the surface, And can be applied to optical devices such as solar cells and LEDs.
본 발명에 따르면, 우수한 광검출 성능을 나타내는 그래핀/다공성 실리콘의 융복합 나노구조체 기반의 포토 다이오드를 제조할 수 있다. According to the present invention, it is possible to produce a photonic diode based on a fused composite nano structure of graphene / porous silicon showing excellent photodetection performance.
도 1은 본 발명의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드의 다공성 실리콘에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드의 다공성 실리콘에 대한 광루미네센스(Photoluminescence, PL) 측정한 것을 도시한 것이고, 도 4는 라만 분광법에 의한 라만 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 5 는 본 발명의 실시예의 단일층의 그래핀에 대한 라만 스펙트럼을 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 실시예의 단일층의 그래핀에 대한 원자힘현미경(AFM)의 이미지이며, 도 7은 본 발명의 실시예의 단일층의 그래핀에 대한 투과도를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 에너지 밴드의 모식도 및 전류-전압 특성 그래프를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드가 광검출 소자로서 활용되는 경우의 암전류 및 광전류의 분포 곡선을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 광반응도-전압 곡선을 그래핀/벌크 실리콘 구조의 다이오드와 비교한 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 빛의 조사 파장에 따른 광전류(photo current) 대 암전류(dark current)의 비(PC/DC)를 그래핀/벌크 실리콘 구조의 다이오드와 비교한 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매에 대한 증착 시간에 따른 광반응도-전압 곡선을 도시한 것이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 빛의 조사 파장에 따른 광전류 대 암전류의 비를 다공성 실리콘층의 제조 시의 화학적 식각법 과정에서의 금속 촉매의 증착 시간을 구분하여 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매의 증착 시간에 따른 광반응도(normalized responsivity)-파장 곡선을 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매의 증착 시간에 따른 양자효율-파장 곡선을 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 펄스 레이저 조사 후 시간에 따른 광전류 변화를 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매의 증착 시간에 따라 도시한 것이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.1 shows a photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano structure of the present invention.
2 is a scanning electron microscope (SEM) image of a porous silicon of a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nanostructure of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows photoluminescence (PL) measurement of porous silicon of a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure of an embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows Raman spectroscopy ≪ / RTI >
Figure 5 illustrates a Raman spectrum for a single layer of graphene in an embodiment of the present invention, Figure 6 is an image of an atomic force microscope (AFM) for a single layer of graphene in an embodiment of the present invention, Figure 7 1 is a graph showing the transmittance of graphene in a single layer of an embodiment of the present invention.
8 is a scanning electron microscope (SEM) image of a graphene / porous silicon fused composite nanostructure of an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the energy band diagram and the current-voltage characteristic of a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing distribution curves of dark current and photocurrent when a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention is used as a photodetecting device.
11 is a graph comparing the photoreactivity-voltage curve of a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nanostructure according to an embodiment of the present invention with a graphene / bulk silicon structure diode.
12 is a graph showing a relationship between photo current (dark current) (PC / DC) of a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention, It is compared with a diode of graphene / bulk silicon structure.
FIG. 13 is a graph showing a photoreactivity-voltage curve according to deposition time for a metal catalyst in the production of a porous silicon layer for a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph showing the ratio of photocurrent to dark current according to the irradiation wavelength of light for a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention in the process of chemical etching at the time of manufacturing the porous silicon layer The deposition time of the metal catalyst is shown separately.
FIG. 15 is a graph showing a normalized responsivity-wavelength curve according to a deposition time of a metal catalyst in manufacturing a porous silicon layer for a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention. It is.
16 is a graph showing a quantum efficiency versus wavelength curve according to a deposition time of a metal catalyst in the production of a porous silicon layer for a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention.
17 is a graph showing changes in photocurrent according to time after pulsed laser irradiation on a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention, according to the deposition time of a metal catalyst at the time of manufacturing the porous silicon layer will be.
18 is a flowchart illustrating a method of fabricating a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nanostructure according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 ""직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.It is to be understood that when an element or layer is referred to as being "on" or " on "of another element or layer, All included. On the other hand, when a device is referred to as "directly on" or "directly above ", it does not intervene another device or layer in the middle.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.The terms spatially relative, "below", "beneath", "lower", "above", "upper" May be used to readily describe a device or a relationship of components to other devices or components. Spatially relative terms should be understood to include, in addition to the orientation shown in the drawings, terms that include different orientations of the device during use or operation. For example, when inverting an element shown in the figure, an element described as " below or beneath "of another element may be placed" above "another element. Thus, the exemplary term "below" can include both downward and upward directions. The elements can also be oriented in different directions, in which case spatially relative terms can be interpreted according to orientation.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The terminology used herein is a term used for appropriately expressing an embodiment of the present invention, which may vary depending on the user, the intent of the operator, or the practice of the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.
쇼트키 다이오드(Schottky diode)는 반도체와 금속을 접합하여 제조할 수 있지만, 상기 금속의 낮은 투명도 때문에 금속-반도체 구조는 광소자로서의 응용에는 어려움이 존재한다. Schottky diodes can be fabricated by bonding semiconductors and metals, but due to the low transparency of the metal, the metal-semiconductor structure is difficult to apply as an optical device.
최근에 투명전극으로 활용되고 있는 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, ITO)은 가시광선 영역에서는 우수한 성능을 보이는 투명전극 소재이나, 자외선 영역에서는 투과도가 매우 낮기 때문에 그 활용범위가 한정된다. Recently, indium tin oxide (ITO), which is used as a transparent electrode, is a transparent electrode material that exhibits excellent performance in the visible light region. However, its application range is limited because the transmittance is very low in the ultraviolet region.
이에 반하여, 그래핀은 적외선부터 자외선 영역에서 97%이상의 매우 높은 투과도를 가지면서도 전기전도도가 매우 우수하여 투명한 전극으로 사용할 수 있다. 또한, 그래핀은 전하운반자 이동도(carrier mobility)가 높기 때문에 전기나 빛에 의하여 생성된 전하 운반자들이 보다 빠르게 재결합(recombination) 되거나 분리될 수 있어서 다른 금속을 사용했을 때보다 높은 효율을 가지고, 발광 및 수광 속도가 매우 빠르다. On the other hand, graphene has a very high transmittance of more than 97% in infrared to ultraviolet region, and has very high electrical conductivity and can be used as a transparent electrode. In addition, since graphene has a high carrier mobility, electrons or light-generated charge carriers can be recombined or separated faster, resulting in higher efficiency than using other metals, And the light receiving rate is very fast.
이러한 특성으로 그래핀은 종래의 실리콘 나노구조체들이 가졌던 느린 전계 발광(Elctroluminescence) 및 광전 변환의 속도 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대되어 그래핀 기반 나노구조는 광소자로서의 응용가능성이 한층 높다.
With these properties, graphene is expected to solve the problem of slow electroluminescence and photoelectric conversion of conventional silicon nanostructures, and graphene-based nanostructures are more likely to be used as optical devices.
도 1은 본 발명의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드를 도시한 것이다. 1 shows a photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano structure of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드(100)는 다공성 실리콘층(111) 상에 형성된 단일층(single layer)의 그래핀(112)을 포함하는 수직접합구조의 융복합 나노 구조체(110) 및 융복합 나노 구조체(110)의 상하부에 각각 형성된 전극(120)을 포함한다.1, a
다공성 실리콘층(111)은 실리콘 기판(130)에 금속을 촉매로 하는 화학적 식각 방식(metal assisted chemical etching)을 통하여 형성될 수 있다.The
단일층의 그래핀(112)은 촉매층을 탄소 함유 혼합가스와 반응시켜 촉매층 상에 화학기상증착(CVD) 방식으로 증착되어 형성될 수 있고, 융복합 나노 구조체(110)는 형성된 단일층의 그래핀(112)과 다공성 실리콘층(111)을 수직접합 공정을 통하여 형성할 수 있다.
The single layer of
<다공성 실리콘 제조>≪ Preparation of porous silicon &
다공성 실리콘층(111)은 실리콘 기판(130)에 금속을 촉매로 하는 실리콘의 화학적 식각법을 통하여 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 실리콘 기판(130)을 질화은(AgNO3) 및 불산(HF)의 에칭액(etchant)의 혼합 용액에 담궈 은의 금속 나노입자를 실리콘 기판(130) 위에 형성한 후, 불산(HF) 및 과산화수소수(H2O2)의 포함 용액에 금속 나노입자와 접촉하고 있는 실리콘을 선택적으로 식각한 다음, 잔존하는 금속(은)을 질산(HNO3)으로 제거하여 실리콘 기판(130) 상에 다공성 실리콘층(111)을 형성할 수 있다. The
실시예에 따라서는 실리콘 기판(130) 상에 형성되는 금속 나노입자는 전술한 질화은을 이용한 화학적인 코팅법외에도 열 증착법, 전자빔 증착법 및 직류 스퍼터 증착법을 이용하여 실리콘 기판(130) 위에 금속입자를 코팅하여 다공성 실리콘층(111)을 제조할 수 있다. The metal nanoparticles formed on the
다공성 실리콘층(111)의 다공성도(나노구조의 크기/밀도)는 금속 나노입자의 크기 및 밀도에 의존적으로 손쉽게 제어할 수 있다.
The porosity (size / density of the nanostructure) of the
도 2는 본 발명의 실시예의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드의 다공성 실리콘에 대한 주사전자현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.2 is a scanning electron microscope (SEM) image of a porous silicon of a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nanostructure of an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 도 2(a) 내지 도 2(c)는 화학적 식각법 과정에서 은 촉매의 증착시간을 각각 1초, 3초 및 5초 동안 변화시킨 각각의 주사전자현미경 이미지를 도시한 것으로서, 은 촉매의 증착 시간을 변화시켜 다공성 실리콘층의 다공성도를 조절할 수 있다. Referring to FIG. 2, FIGS. 2 (a) to 2 (c) show scanning electron microscope images obtained by changing the deposition times of silver catalysts for 1 second, 3 seconds, and 5 seconds, respectively, in the chemical etching process As a result, the porosity of the porous silicon layer can be controlled by changing the deposition time of the silver catalyst.
실시예에 따라 은 촉매의 증착 시간에 따라 다공성 실리콘 표면에 존재하는 나노 구조의 크기 및 밀도를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는 도 2에 도시된 다공성 실리콘 표면의 홀(구멍) 밀도는 증착시간 1초, 3초 및 5초에서 각각 46.55%, 60.27%, 79.26 %를 포함하여 금속 촉매의 증착 시간이 증가함에 따라 홀 밀도도 증가하였다.According to embodiments, the size and density of the nanostructures present on the porous silicon surface can be controlled according to the deposition time of the silver catalyst. More specifically, the hole density of the porous silicon surface shown in FIG. 2 includes 46.55%, 60.27%, and 79.26% at deposition times of 1 second, 3 seconds, and 5 seconds, respectively, The hole density also increased.
또한, 도 2의 주사전자현미경의 이미지로부터 홀의 크기는 진원도 공차가 약 0.1 이하인 홀을 기준으로 증착시간 1초, 3초 및 5초에서 각각 20nm 내지 126nm, 20nm 내지 55nm, 및 11nm 내지 48 nm의 크기를 포함한다.
Also, from the image of the scanning electron microscope of FIG. 2, the size of the hole is 20 nm to 126 nm, 20 nm to 55 nm, and 11 nm to 48 nm at the deposition time of 1 second, 3 seconds, and 5 seconds, respectively, based on the hole having a roundness tolerance of about 0.1 or less Size.
도 3은 본 발명의 실시예의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드의 다공성 실리콘에 대한 광루미네센스(Photoluminescence, PL) 측정한 것을 도시한 것이고, 도 4는 라만 분광법에 의한 라만 스펙트럼을 도시한 것이다.FIG. 3 shows photoluminescence (PL) measurement of porous silicon of a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure of an embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows Raman spectroscopy ≪ / RTI >
도 3 및 도 4의 시간은 금속 촉매의 증착 시간을 의미하는 것으로 도 3 및 도 4를 참조하면, 다공성 실리콘층의 다공성도를 조절할 수 있음을 확인할 수 있다. 3 and 4 indicate the deposition time of the metal catalyst. Referring to FIGS. 3 and 4, it can be seen that the porosity of the porous silicon layer can be controlled.
보다 구체적으로 도 3을 참조하면, 금속 촉매의 증착 시간이 길어질수록 즉, 금속 촉매의 형성 시간이 길어질수록 다공성도가 커짐을 확인할 수 있는데, 이는 다공성 실리콘층의 다공성도가 커질수록 실리콘 표면의 나노구조의 크기는 작아지고 밀도는 커지게 되어 다공성 실리콘의 양자구속효과에 의하여 670nm 근처에서 광루미네센스의 피크가 생성된다. More specifically, referring to FIG. 3, it can be seen that as the deposition time of the metal catalyst becomes longer, that is, as the formation time of the metal catalyst becomes longer, the porosity increases. As the porosity of the porous silicon layer increases, The size of the structure becomes smaller and the density becomes larger, so that a peak of optical luminescence is generated near 670 nm due to the quantum confinement effect of the porous silicon.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 금속 촉매의 증착 시간이 1초에서 5초로 증가함에 따라 다공성도가 증가하여 광루미네센스의 세기는 증가함을 확인할 수 있다.Also, as shown in FIG. 3, as the deposition time of the metal catalyst increases from 1 second to 5 seconds, the degree of porosity increases and the intensity of the optical luminescence increases.
도 4를 참조하면, 라만 분광법에 의한 분석에서도 다공성 실리콘층의 다공도가 조절될 수 있음을 확인할 수 있다. 금속을 촉매로 하는 화학적 식각 방식(metal assisted chemical etching)을 수행하기 전(as-Si: Si wafer)에는 521cm-1에서 라만 피크(peak)가 관찰되는데, 이는 벌크 실리콘의 라만 피크를 나타낸다. Referring to FIG. 4, it can be confirmed that the porosity of the porous silicon layer can be controlled by the Raman spectroscopic analysis. Before the metal-assisted chemical etching (as-Si: Si wafer), a Raman peak is observed at 521 cm -1 , which represents the Raman peak of bulk silicon.
반면, 금속을 촉매로 하는 화학적 식각 방식을 이용한 다공성 실리콘층의 금속 촉매의 증착 시간이 증가함에 따라서 라만 피크가 적색 천이함을 확인할 수 있는 데, 상기 라만 피크의 적색 천이는 금속 촉매의 증착 시간이 증가함에 따른 다공성도의 증가에 기인한다.On the other hand, as the deposition time of the metal catalyst of the porous silicon layer using the metal-catalyzed chemical etching method is increased, the red transition of the Raman peak can be confirmed. The red transition of the Raman peak shows the deposition time of the metal catalyst The porosity is increased.
제조된 다공성 실리콘층(111)은 표면에 존재하는 나노구조에 의한 양자구속효과(QCE)를 통하여 벌크 실리콘의 흡수대역뿐만 아니라 자외선 대역까지의 광흡수율을 보일 수 있어, 다양한 주파수 대역대를 가지면서 성능이 향상된 광검출 소자에 활용될 수 있다. The prepared
다공성 실리콘층(111)의 다공성도(나노구조의 크기/밀도)의 제어를 통하여 에너지 밴드 갭(energy band gap)을 조절함으로써 보다 넓은 주파수 대역까지 높은 효율을 나타낼 수 있다.
The energy band gap can be controlled by controlling the porosity (size / density of the nanostructure) of the
<단일층의 그래핀 제조>≪ Preparation of graphene of single layer >
본 발명의 실시예에서는 화학기상증착법을 이용하여 단일층의 그래핀을 제조하였다. In an embodiment of the present invention, a single layer of graphene was prepared by chemical vapor deposition.
구체적으로는 화학기상증착법을 이용한 단일층의 그래핀 제조는 촉매층으로 활용할 구리(또는 니켈)를 기판 위에 증착하고, 고온에서 메탄 및 수소의 혼합가스와 반응시켜 적절한 양의 탄소가 촉매층에 녹아 들어가거나 흡착되도록 하고, 냉각을 하여 촉매층에 포함되어 있던 탄소원자들이 표면에서 결정화되면서 그래핀 결정 구조를 금속 위에 형성한다. 이후, 합성된 그래핀 박막에서 촉매층을 제거함으로써 기판으로부터 분리시킨 후 단일층의 그래핀을 제조할 수 있다.Specifically, the single-layer graphene deposition using chemical vapor deposition is performed by depositing copper (or nickel) to be used as a catalyst layer on a substrate and reacting with a mixed gas of methane and hydrogen at a high temperature to deposit an appropriate amount of carbon in the catalyst layer And the carbon atoms contained in the catalyst layer are crystallized on the surface to form a graphene crystal structure on the metal. Thereafter, a single layer of graphene can be produced by separating the catalyst layer from the substrate by removing the catalyst layer from the synthesized graphene thin film.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에서는 70um의 구리 호일을 석영관(quartz tube)에 넣고 메탄 가스의 유량을 10sccm에서 30sccm까지 변화시키고 수소 가스를 10sccm, 공정압력을 3mTorr로 고정하여 그래핀을 합성하였다. More specifically, in the embodiment of the present invention, a 70 mu m copper foil is placed in a quartz tube, the flow rate of methane gas is changed from 10 sccm to 30 sccm, the hydrogen gas is fixed at 10 sccm and the process pressure is set at 3 mTorr, Respectively.
이후, 폴리메타크릴산메틸(Poly(methyl methacrylate) 및 벤젠을 혼합한 PMMA를 합성된 그래핀 위에 스핀-코팅하는데, PMMA의 코팅을 통하여 PMMA가 과황산암모늄(ammonium persulfate) 용액을 사용하여 구리 호일을 제거할 때 그래핀을 잡아서 고정시키는 역할을 하도록 하였다. Thereafter, PMMA mixed with poly (methyl methacrylate) and benzene was spin-coated on the synthesized graphene. PMMA was coated on the graphene by using a solution of ammonium persulfate (PMMA) The graphene was grabbed and fixed when it was removed.
이후, 과황산암모늄 용액에 구리 호일을 제거한 후, 그래핀 상에 잔존하는 과황산암모늄 용액을 초순수(DI water)로 세척하고, 세척된 그래핀을 300nm SiO2/Si 기판 위에 전사하였다. Thereafter, the copper foil was removed from the ammonium persulfate solution. The ammonium persulfate solution remaining on the graphene was washed with DI water, and the washed graphene was transferred onto a 300 nm SiO 2 / Si substrate.
다음으로, 그래핀을 SiO2/Si 기판에 전사한 후 열처리를 통하여 기판 및 그래핀 사이의 결합력을 높였다. 열처리 이후, 아세톤을 사용하여 그래핀 위에 존재하는 PMMA를 제거하고, 그래핀 표면에 남아 있는 PMMA 잔여물을 제거하기 위해 급속열처리기로 열처리하여 최종적으로 단일층의 그래핀을 제조하였다.
Next, the graphene was transferred to a SiO 2 / Si substrate and then heat-treated to enhance bonding strength between the substrate and the graphene. After heat treatment, acetone was used to remove the PMMA present on the graphene and heat treated with a rapid thermal processor to remove PMMA residues remaining on the graphene surface to finally produce a single layer of graphene.
도 5 는 본 발명의 실시예의 단일층의 그래핀에 대한 라만 스펙트럼을 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 실시예의 단일층의 그래핀에 대한 원자힘현미경(AFM)의 이미지이며, 도 7은 본 발명의 실시예의 단일층의 그래핀에 대한 투과도를 도시한 그래프이다.Figure 5 illustrates a Raman spectrum for a single layer of graphene in an embodiment of the present invention, Figure 6 is an image of an atomic force microscope (AFM) for a single layer of graphene in an embodiment of the present invention, Figure 7 1 is a graph showing the transmittance of graphene in a single layer of an embodiment of the present invention.
그래핀과 같은 2차원 물질들은 강한 전자-포논(phonon) 결합(coupling)으로 인하여 다양한 라만 피크(peak)들이 관찰된다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 단일층 그래핀에 대해서 1580~1590 cm-1 부근의 G 피크과, 2700 cm-1 부근의 2D 피크로서 포논과 관련된 라만 피크가 나타났다. Two-dimensional materials such as graphene have various Raman peaks observed due to strong electron-phonon coupling. Referring to FIG. 5, Raman peaks related to phonon appeared as a G peak in the vicinity of 1580 to 1590 cm -1 and a 2D peak in the vicinity of 2700 cm -1 with respect to the single-layer graphene according to the embodiment of the present invention.
일반적으로, G 피크와 2D 피크에서의 라만 세기의 비(I(G/2D))는 그래핀의 두께(층수)와 관련이 있고, D 피크와 G 피크의 라만 세기의 비(I(D/G))는 그래핀의 결정성(또는 결함의 양)과 깊은 관련이 있다.Generally, the ratio of the G peak to the Raman intensity at the 2D peak (I (G / 2D)) is related to the thickness (number of layers) of the graphene, and the ratio of the D- G)) is closely related to the crystallinity (or the amount of defects) of graphene.
도 5에 도시된 바와 같이 G 피크와 2D 피크에서의 라만 세기의 비(I(G/2D))는 0.45 였고, D 피크와 G 피크의 라만 세기의 비는 0.08 로서 본 발명의 실시예에 따른 전수한 단일층의 그래핀은 양질의 단층 그래핀인 것으로 확인이 되었다. As shown in FIG. 5, the ratio (I (G / 2D)) of the Raman intensity at the G peak to the 2D peak was 0.45 and the ratio of the Raman intensity at the D peak to the G peak was 0.08, It has been confirmed that the inherent single-layer graphene is a high-quality single-layer graphene.
도 6의 왼쪽 이미지는 본 발명의 실시예에 따른 단일층의 그래핀을 산화 실리콘(SiO2) 기판에 전사하여 그 두께를 측정하기 위한 원자힘현미경(AFM) 이미지로서, 도 6에 도시된 왼쪽의 밝은 부분이 단일층의 그래핀이며, 오른쪽의 상대적으로 어두운 부분은 산화 실리콘 기판을 나타낸다.6 is an atomic force microscope (AFM) image for transferring a single layer of graphene to a silicon oxide (SiO 2 ) substrate according to an embodiment of the present invention and measuring its thickness, Is a single-layer graphene, and the right-hand relatively dark portion represents a silicon oxide substrate.
또한, 도 6의 오른쪽 그래프는 원자힘현미경에 의해 측정된 단차로서, 도 6을 참조하면, 단일층의 그래핀의 두께는 약 0.7nm가 측정되었다. 이는 일반적인 단층 그래핀의 두께(약 0.34nm)보다 큰 이유는 산화 실리콘 기판과 그래핀 사이에 질소(N), 산소(O) 및 수분(H2O)가 존재하기 때문이다. The graph on the right side of FIG. 6 is a step measured by an atomic force microscope. Referring to FIG. 6, the thickness of a single layer of graphene was measured to be about 0.7 nm. This is because the thickness (about 0.34 nm) of general single-layer graphene is larger than that of nitrogen (N), oxygen (O), and moisture (H 2 O) between the silicon oxide substrate and the graphene.
그래핀과 산화 실리콘 기판의 높이 차이에 대해서는 이전 연구에서 보고된 결과(Phys. Status Solidi C 7, No. 3-4, 1251-1255 (2010)) 와 유사한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 제조된 그래핀은 단일층임을 확인할 수 있다.The height difference between the graphene and the silicon oxide substrate is similar to the results reported in previous studies (Phys. Solids C 7, No. 3-4, 1251-1255 (2010)), It can be seen that the graphene is a single layer.
본 발명의 실시예에 따른 단일층의 그래핀에 대한 투과도를 도시한 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단일층의 그래핀은 가시광선 파장 영역인 380nm 내지 780nm 에서 빛 투과율이 약 95% 이상이었고, 특히 550nm 파장에서는 97%의 투과도를 보였다. 전술한 특성은 현재 투명 전극으로 상용화되고 있는 인튬주석산화물(ITO) 보다 높은 투과도를 보인다.
7 showing a transmittance of a single layer to graphene according to an embodiment of the present invention, a single layer of graphene according to an embodiment of the present invention has a light transmittance of about 380 nm to 780 nm, which is a visible light wavelength region 95%. Especially, the transmittance was 97% at 550 nm wavelength. The above-mentioned characteristics show a higher transmittance than that of the currently used ITO (tin oxide) as a transparent electrode.
본 발명의 실시예의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체(110)를 이용한 포토 다이오드(100)의 융복합 나노 구조체(100)는 전술한 바와 같이 제조된 단일층의 그래핀(112)과, 다공성 실리콘층(111)의 수직접합 공정을 통하여 형성될 수 있다. The fused
실시예에 따라, 융복합 나노 구조체(110)는 단일층의 그래핀(112)을 PMMA 로 지지하여 탈이온수에 띄우고 다공성 실리콘층(111)에 전사하여 제조될 수 있다. 전사한 그래핀은 공기 중에서 건조한 이후, 60℃ 내지 100℃의 범위에서 수 시간 동안 더 건조시킨다. According to an embodiment, the fused
이후, 융복합 나노 구조체(110) 상에 전극을 증착하고, 소자 하부에 전극을 코팅하여 본 발명의 실시예의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체(110)를 이용한 포토 다이오드를 제작할 수 있다.Thereafter, an electrode is deposited on the fused
실시예에 따라서는 전극(120)은 금, 은 및 백금과 같은 금속일 수 있고, 전극(120)은 열증착기, 전자빔 증착기, 또는 직류 스퍼터(DC sputter) 증착기 중 어느 하나를 사용하여 상기 금속을 융복합 나노 구조체(110)의 상하부에 증착 또는 코팅을 하여 형성될 수 있다.
In some embodiments, the
도 8은 본 발명의 실시예의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 도시한 것이다.8 is a scanning electron microscope (SEM) image of a graphene / porous silicon fused composite nanostructure of an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 홀이 균일하게 분포한 다공성 실리콘층 위의 일부분에 그래핀이 균일하게 전사되었음을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 8, it can be seen that graphene is uniformly transferred to a portion of the porous silicon layer where holes are uniformly distributed.
본 발명의 실시예의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드는 태양전지, 광센서, LED와 같은 다양한 광전자 소자에 활용될 수 있다.The photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano structure of the embodiment of the present invention can be applied to various optoelectronic devices such as solar cells, optical sensors, and LEDs.
실시예에 따라 다양한 파장을 갖는 태양 에너지에 의하여 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드 내부에 전자들과 정공들이 생성되고, 생성된 전자들과 정공들이 각각 단일층의 그래핀과 다공성 실리콘층으로 이동하여 전위차가 발생하게 되고, 발생된 전위차를 이용하여 기전력을 생성시키는 태양전지로 응용이 가능하다. According to the embodiment, electrons and holes are generated inside a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure by solar energy having various wavelengths, and the generated electrons and holes are formed as a single layer of graphene and porous The silicon layer moves to generate a potential difference, and the present invention can be applied to a solar cell that generates an electromotive force by using the generated potential difference.
또한, 실시예에 따라서는 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 외부 전압이 인가된 후 빛이 조사되는 경우, 포토 다이오드 내부에 광 전류가 발생하는 원리로 인하여, 빛의 특정 주파수 및 파워에 대하여 반응하는 광센서로 응용이 가능하다. In addition, according to embodiments, when light is irradiated after an external voltage is applied to a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure, due to the principle that a photocurrent is generated in the photodiode, And optical sensors that respond to power.
또한, 실시예에 따라서는 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 외부 전압을 인가되는 경우, 단일 층의 그래핀 및 다공성 실리콘층 사이에 전하가 쌓이게 되고, 전자-정공의 재결합 (recombination)으로 인하여 일정한 주파수 대역의 빛을 방출하는 LED로도 응용이 가능하다.
In addition, according to embodiments, when an external voltage is applied to a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure, charges are accumulated between a single layer of graphene and a porous silicon layer, and recombination of electrons and holes it can be applied to LEDs emitting light of a certain frequency band due to recombination.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 에너지 밴드의 모식도와 전류-전압 특성 그래프를 도시한 것이다.FIG. 9 is a graph showing energy band diagrams and current-voltage characteristics for a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention.
도 9의 (b)를 참조하면, 정방향 바이어스가 인가된 경우(V>0)에는 실리콘 기판의 n형 실리콘(n-Si)의 에너지 밴드가 단일층의 그래핀의 에너지 밴드보다 높은 곳에 위치하기 때문에 상기 n형 실리콘의 전도대에서의 전자는 다공성 실리콘층의 전도대를 통과하여 단일층의 그래핀으로 이동함으로써 전류를 발생시킨다. 9B, when the forward bias is applied (V> 0), the energy band of the n-type silicon (n-Si) of the silicon substrate is higher than the energy band of graphene of the single layer Therefore, the electrons in the conduction band of the n-type silicon pass through the conduction band of the porous silicon layer and move to the single-layer graphene to generate a current.
반면 도 9의 (c)를 참조하면 역방향 바이어스가 인가된 경우(V<0)에는 단일층 그래핀과 다공성 실리콘층의 계면(interface) 사이에 높은 전위 장벽이 형성되어 단일층의 그래핀에서 다공성 실리콘층으로 전자가 통과하기 어렵기 때문에 전류가 잘 흐르지 않는다. On the other hand, referring to FIG. 9 (c), when a reverse bias is applied (V <0), a high potential barrier is formed between the interface of the single layer graphene and the porous silicon layer, The current does not flow well because electrons are hard to pass through the silicon layer.
도 9의 (d)는 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 전류-전압 특성을 도시한 그래프로서, 도 9의 (d)를 참조하면, 단일층의 그래핀과 접합한 금속 촉매의 증착 시간에 따른 다공성 실리콘층들에서 정방향 전압 인가 시에만 전류가 흘러, 전형적인 다이오드 특성을 보이는 것을 확인하였다.
9 (d) is a graph showing the current-voltage characteristics of the photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano structure. Referring to FIG. 9 (d) It was confirmed that a typical diode characteristic is shown by flowing current only when a positive voltage is applied to the porous silicon layers according to the deposition time of the metal catalyst.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드가 광검출 소자로서 활용되는 경우의 암전류 및 광전류의 분포 곡선을 도시한 것이다.10 is a graph showing distribution curves of dark current and photocurrent when a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention is used as a photodetecting device.
도 10에 도시된 시간은 다공성 실리콘층을 제조 시의 화학적 식각법 과정에서의 금속 촉매에 대한 증착 시간을 의미하는 것으로, 도 10를 참조하면, 근자외선(400 nm) 파장의 빛을 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 조사하는 경우, 순방향 전압이 인가되는 경우와 비교하여 역방향 전압을 인가되는 경우, 암전류가 매우 작기 때문에 상대적으로 큰 광전류가 발생하였다. The time shown in FIG. 10 indicates the deposition time for the metal catalyst in the chemical etching process at the time of manufacturing the porous silicon layer. Referring to FIG. 10, near-ultraviolet (400 nm) In the case of irradiating a photodiode using a porous silicon fused composite nano structure, a relatively large photocurrent was generated because a dark current was very small when a reverse voltage was applied as compared with a case where a forward voltage was applied.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드 소자(1s 및 3s 참고)가 그래핀/벌크 실리콘 기반의 다이오드 소자(as-Si)보다 더 큰 광전류가 발생하여 광검출 소자로서 활용될 수 있다.
10, the
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 광반응도-전압 곡선을 도시한 것이다.FIG. 11 shows a photoreactivity-voltage curve for a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nanostructure according to an embodiment of the present invention.
도 11의 (a)는 그래핀/벌크 실리콘 구조를 가지는 다이오드의 광반응도-전압 곡선을 도시한 것이고, (b)는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 광반응도-전압 곡선을 도시한 것으로서, 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드는 금속 촉매의 증착 시간이 3초로 하여 형성된 다공성 실리콘층을 포함한다.FIG. 11 (a) shows a photoreactivity-voltage curve of a diode having a graphene / bulk silicon structure, and FIG. 11 (b) The photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure includes a porous silicon layer formed by a deposition time of a metal catalyst of 3 seconds.
광반응도는 광검출기에서 발생한 광전류를 파워(power)로 나누어준 값으로서, 인가된 파워(power) 당 광전류의 발생을 의미한다. 이로부터 인가되는 빛의 파장을 변화시켜, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드가 어떠한 영역의 파장을 갖는 빛에 민감하게 반응하는지를 인가 전압에 따라 평가하였다. The photoreactivity is a value obtained by dividing a photocurrent generated in a photodetector by a power, which means the generation of a photocurrent per applied power. The wavelength of the applied light was changed to evaluate the sensitivity of the photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano structure according to the embodiment of the present invention to light having a certain wavelength region according to the applied voltage .
본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 포함된 다공성 실리콘층은 전술한 바와 같이 수 nm 크기의 나노 구조를 포함하고 있고, 상기 나노 구조에서 발생하는 양자구속효과(QCE)로 인하여 벌크 실리콘보다 높은 에너지 밴드 갭(Energy band gap)을 갖게 되어, 자외선 영역에 가까운 높은 에너지의 빛을 잘 흡수할 수 있다.As described above, the porous silicon layer included in the photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano structure according to the embodiment of the present invention includes a nanometer-sized nanostructure, and the quantum confinement Due to the effect (QCE), it has a higher energy band gap than bulk silicon, and can absorb light of high energy close to the ultraviolet ray region.
도 11을 참조하면, 도 11의 (a)에 도시된 그래핀/벌크 실리콘 다이오드 소자(as-Si)의 경우보다, 도 11의 (b)에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에서 모든 파장영역대에서 높은 광반응도를 보였고, 특히 근자외선 영역에서 더 높은 광반응도를 보였다.
Referring to FIG. 11, the graphene / bulk silicon diode device (as-Si) shown in FIG. 11 (a) Photodiodes using porous silicon fused composite nanostructures showed high photoreactivity in all wavelength ranges, especially in the near ultraviolet region.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 빛의 조사 파장에 따른 광전류(photo current) 대 암전류(dark current)의 비(PC/DC)를 그래핀/벌크 실리콘 구조의 다이오드와 비교한 것이다.12 is a graph showing a relationship between photo current (dark current) (PC / DC) of a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention, It is compared with a diode of graphene / bulk silicon structure.
구체적으로는 도 12의 (a)는 그래핀/벌크 실리콘층 구조의 다이오드 소자에 대한 광전류 대 암전류의 비를 도시한 것이고, 도 12의 (b)는 다공성 실리콘층의 제조 시의 화학적 식각법 과정에서의 금속 촉매에 대한 증착 시간이 3초인 경우의 광전류 대 암전류의 비를 도시한 것이다.Specifically, Fig. 12 (a) shows the ratio of photocurrent to dark current for a diode element having a graphene / bulk silicon layer structure, and Fig. 12 (b) The ratio of the photocurrent to the dark current when the deposition time is 3 seconds for the metal catalyst in FIG.
광전류 대 암전류의 비(PC/DC)는 암전류 대비 얼마나 많은 광전류가 생성이 되는 지를 의미하는 수치로서, 광검출 소자의 광전류 대 암전류의 비(PC/DC)가 클 수록 빛의 입사에 의한 전류변화가 크기 때문에 상대적으로 보다 쉽게 광을 검출할 수 있다.The ratio of the photocurrent to the dark current (PC / DC) is a numerical value indicating how much photocurrent is generated relative to the dark current. As the photocurrent to dark current ratio (PC / DC) of the photodetector increases, It is possible to detect light relatively easily.
도 12를 참조하면, 광전류 대 암전류의 비(PC/DC)는 각각의 빛 에너지에 대하여 상대적으로 그래핀/벌크 실리콘층을 포함하는 다이오드 소자 보다 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에서 높았다. Referring to FIG. 12, the ratio of photocurrent to dark current (PC / DC) is higher than that of a diode device including a graphene / bulk silicon layer relative to each light energy. And higher in photodiodes using composite nanostructures.
구체적으로는 입사에너지가 600 nm인 빛에서는 광전류 대 암전류의 비가 4배 이상 크기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드가 광검출 소자로 활용되는 경우 보다 쉽게 광을 검출할 수 있다.
Specifically, since the ratio of the photocurrent to the dark current is greater than 4 times in the light having the incident energy of 600 nm, the photodetector using the graphene / porous silicon fused composite nano structure according to the embodiment of the present invention Light can be detected easily.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매에 대한 증착 시간에 따른 광반응도-전압 곡선을 도시한 것이다.FIG. 13 is a graph showing a photoreactivity-voltage curve according to deposition time for a metal catalyst in the production of a porous silicon layer for a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention.
구체적으로는 도 13의 (a)는 다공성 실리콘층의 제조 시의 화학적 식각법 과정에서의 금속 촉매에 대한 증착 시간이 1초인 경우이고, 도 13의 (b)는 상기 증착 시간이 5초인 경우를 도시한 것이다.More specifically, FIG. 13A shows a case where the deposition time is 1 second for the metal catalyst in the chemical etching process at the time of manufacturing the porous silicon layer, and FIG. 13B shows the case where the deposition time is 5 seconds Respectively.
본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 포함된 다공성 실리콘층은 전술한 바와 같이 수 nm 크기의 나노 구조를 포함하고 있고, 상기 나노 구조에서 발생하는 양자구속효과(QCE)로 인하여 벌크 실리콘보다 높은 에너지 밴드 갭(Energy band gap)을 갖게 되어, 자외선 영역에 가까운 높은 에너지의 빛을 잘 흡수할 수 있다.As described above, the porous silicon layer included in the photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano structure according to the embodiment of the present invention includes a nanometer-sized nanostructure, and the quantum confinement Due to the effect (QCE), it has a higher energy band gap than bulk silicon, and can absorb light of high energy close to the ultraviolet ray region.
본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에서 모든 파장영역대에서 높은 광반응도를 보였고, 특히 다공성 실리콘층의 제조 시의 화학적 식각법 과정에서의 금속 촉매에 대한 증착 시간이 길어질수록 근자외선 영역에서 더 높은 광반응도를 보였다.
The photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano structure according to the embodiment of the present invention showed a high photoreactivity in all the wavelength ranges, and in particular, the photocatalytic activity of the metal catalyst in the chemical etching process during the production of the porous silicon layer The longer the deposition time, the higher the photoreactivity in the near ultraviolet region.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 빛의 조사 파장에 따른 광전류 대 암전류의 비를 다공성 실리콘층의 제조 시의 화학적 식각법 과정에서의 금속 촉매의 증착 시간을 구분하여 도시한 것이다.14 is a graph showing the ratio of photocurrent to dark current according to the irradiation wavelength of light for a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention in the process of chemical etching at the time of manufacturing the porous silicon layer The deposition time of the metal catalyst is shown separately.
도 14을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 광전류 대 암전류의 비(PC/DC)는 각각의 빛 에너지에 대하여 상대적으로 다공성 실리콘층의 제조 시의 화학적 식각법 과정에서의 금속 촉매에 대한 증착 시간이 클수록 높은 값을 가졌다.
Referring to FIG. 14, the photocurrent to dark current ratio (PC / DC) of the photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano structure according to the embodiment of the present invention is relatively higher than that of the porous silicon layer The higher the deposition time for the metal catalyst in the chemical etching process, the higher the value.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매의 증착 시간에 따른 광반응도(normalized responsivity)-파장 곡선을 도시한 것이다.FIG. 15 is a graph showing a normalized responsivity-wavelength curve according to a deposition time of a metal catalyst in manufacturing a porous silicon layer for a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention. It is.
도 15를 참조하면, 근자외선 영역의 경우 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드가 그래핀/벌크 실리콘 구조의 다이오드 소자보다 큰 광반응도를 보였다.Referring to FIG. 15, photodiodes using graphene / porous silicon fused composite nanostructures showed greater photoreactivity than graphene / bulk silicon structure diode devices in the near ultraviolet region.
도 15에 도시된 바와 같이 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매에 대한 증착 시간이 3초인 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드가 다른 증착 시간의 포토 다이오드 보다 높은 광반응도를 보였다.As shown in FIG. 15, when the photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano structure according to the embodiment of the present invention in which the deposition time for the metal catalyst in the production of the porous silicon layer is 3 seconds, Higher photoreactivity.
이는 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매에 대한 증착 시간이 3초를 초과하여 길어질수록 광반응도의 피크 위치가 단파장 영역(높은 에너지)으로 청색천이(blue shift)하는 것에 기인한다.This is due to the blue shift of the peak position of the photoreactivity to a short wavelength region (high energy) as the deposition time of the porous silicon layer with respect to the metal catalyst becomes longer than 3 seconds.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드의 광 반응도가 본 발명 이전에 보고된 바 있는 논문 등(An, X. H.; Liu, F. Z.; Jung, Y. J.; Kar, S. Nano Lett. 2013, 13, (3), 909-916.)에서 제시하는 광반응도보다 훨씬 개선되었음을 확인할 수 있다. 오히려, 본 발명 이전에 보고된 바 있는 논문들에서의 소자의 광반응도는 도 15에 도시된 그래핀/벌크 실리콘 구조의 다이오드(as-Si)의 광반응도와 유사하였다.
The photoreactivity of the photodiodes using the graphene / porous silicon fused composite nanostructure according to the embodiments of the present invention described above can be determined by comparing the photoreactivity of the graphene / , S. Nano Lett., 2013, 13, (3), 909-916). Rather, the photoreactivity of the device in the papers reported before the present invention was similar to the photoreactivity of the diode (as-Si) of the graphene / bulk silicon structure shown in FIG.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매의 증착 시간에 따른 양자효율-파장 곡선을 도시한 것이다.16 is a graph showing a quantum efficiency versus wavelength curve according to a deposition time of a metal catalyst in the production of a porous silicon layer for a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention.
양자효율(Quantum Efficiency, QE)은 흡수된 빛(또는 광자)이 광전류로 바뀌는 효율을 나타내는 것으로서, 도 16을 참조하면, 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매의 증착 시간이 3초인 경우가 다른 증착 시간에 비해 모든 영역에서 높은 양자효율을 보였고, 특히, 근자외선 영역에서 월등히 높은 양자효율을 보였다. The quantum efficiency (QE) represents the efficiency with which the absorbed light (or photon) is converted into the photocurrent. Referring to FIG. 16, the quantum efficiency of the porous silicon layer for the photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano- The deposition time of the metal catalyst at the time of manufacture was 3 seconds, which was higher than other deposition times in all regions. In particular, the quantum efficiency was much higher in the near ultraviolet region.
이는 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매의 증착 시간이 3초인 경우 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드가 효율적인 광검출 특성을 나타냄을 의미한다.
This means that photodiodes using graphene / porous silicon fused composite nanostructures exhibit efficient photodetection characteristics when the deposition time of the metal catalyst in the production of the porous silicon layer is 3 seconds.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 펄스 레이지 조사 후 시간에 따른 광전류 변화를 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매의 증착 시간에 따라 도시한 것이다.17 is a graph showing changes in photocurrent according to time after pulse irradiation in a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nano structure according to an embodiment of the present invention, according to the deposition time of a metal catalyst during the production of the porous silicon layer will be.
구체적으로는, 도 17의 (a)는 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드에 대한 시간 분해 광전류 곡선(Time-resolved Normalized Photo current)을 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매의 증착 시간에 따라 도시한 것이고, 도 17의 (b)는 (a)에서 도출되는 전하 운반자의 생성시간(rising time, trising) 및 소멸 시간(decay time, tdecay)을 도시한 것이다.Specifically, FIG. 17 (a) illustrates the time-resolved normalized photo current for a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nanostructure by depositing a metal catalyst during the production of a porous silicon layer And FIG. 17 (b) shows the rise time, trising and decay time (tdecay) of the charge carrier derived in (a).
전하 운반자의 생성 시간은 시간 분해 광전류 곡선에서 광전류가 증가하여 최고점에 이르는 시간을 의미하고, 전하 운반자의 소멸 시간은 최고점에서 광전류가 감소하는 동안의 시간을 의미한다.The generation time of the charge carrier implies the time at which the photocurrent increases to the peak at the time-resolved photocurrent curve, and the time at which the charge carrier dissipates means the time during which the photocurrent decreases at the peak.
시간 분해 광전류에 대한 측정을 통하여 소자의 광반응 속도를 평가할 수 있는데, 소자의 전체 반응속도는 전하 운반자의 '생성시간 및 소멸시간의 합' 으로서 광검출 소자가 빛에 반응하는 속도를 판단할 수 있다. Time-resolved photocurrent measurements can be used to evaluate the photoreaction rate of a device. The overall reaction rate of a device is the sum of the 'generation time and the extinction time' of the charge carrier, which can determine the rate at which the photodetector responds to light have.
다시 도 17을 참조하면, 그래핀/벌크 실리콘 기반의 소자의 경우 광전류의 '생성시간 및 소멸시간의 합'이 본 발명의 이전 연구들에서 보고되었던 결과(An, X. H.; Liu, F. Z.; Jung, Y. J.; Kar, S. Nano Lett. 2013, 13, (3), 909-916.)와 비슷하게 수 밀리초(ms)로 상대적으로 느린 반응속도를 보였다. Referring again to FIG. 17, in the case of a graphene / bulk silicon based device, the sum of the 'generation time and the decay time' of the photocurrent is the result (An, XH; Liu, FZ; Jung, YJ; Kar, S. Nano Lett. 2013, 13, (3), 909-916).
그러나, 본 발명의 상대적으로 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드들은 수 마이크로초(μs)로서 상대적으로 빠른 반응 속도를 보였고, 특히, 다공성 실리콘층의 제조 시의 금속 촉매의 증착 시간이 3초인 경우 가장 빠른 반응 속도를 보였다.
However, the photodiodes using the graphene / porous silicon fused composite nanostructure according to the comparative example of the present invention showed relatively fast reaction speed as a few microseconds (μs), and in particular, When the deposition time of the catalyst was 3 seconds, the reaction rate was the fastest.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드를 제조하는 방법을 도시한 흐름도이다.18 is a flowchart illustrating a method of fabricating a photodiode using a graphene / porous silicon fused composite nanostructure according to an embodiment of the present invention.
도 18을 참조하면, 단계 1810에서 실리콘 기판에 금속을 촉매로 하여 화학적 식각 방식을 통하여 다공성 실리콘층을 형성시킨다.Referring to FIG. 18, in
실시예에 따라, 단계 1810은 실리콘 기판을 질화은(AgNO3) 및 불산(HF)의 에칭액(etchant)의 혼합 용액에 담궈 은의 금속 나노입자를 실리콘 기판 위에 형성한 후, 불산(HF) 및 과산화수소수(H2O2)의 포함 용액에 금속 나노입자와 접촉하고 있는 실리콘을 선택적으로 식각한 다음, 잔존하는 금속(은)을 질산(HNO3)으로 제거하여 실리콘 기판 상에 다공성 실리콘층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment,
다른 실시예에 따라서는 실리콘 기판 상에 형성되는 금속 나노입자는 전술한 질화은을 이용한 화학적인 코팅법외에도 열 증착법, 전자빔 증착법 및 직류 스퍼터 증착법을 이용하여 실리콘 기판 위에 금속입자를 코팅하여 다공성 실리콘층을 제조할 수도 있다.According to another embodiment, metal nanoparticles formed on a silicon substrate may be formed by coating metal particles on a silicon substrate by a thermal deposition method, an electron beam deposition method, or a direct current sputtering method in addition to the chemical coating method using the above-described silver nitride to form a porous silicon layer .
이후. 단계 1820에서 화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 단일층의 그래핀을 다공성 실리콘층에 전사시켜 융복합 나노구조체를 형성시킨다.after. In
본 발명의 실시예에서는 화학기상증착법을 이용하여 단일층의 그래핀을 제조할 수 있다. In an embodiment of the present invention, a single layer of graphene can be produced by chemical vapor deposition.
구체적으로는 화학기상증착법을 이용한 단일층의 그래핀 제조는 촉매층으로 활용할 구리(또는 니켈)를 기판 위에 증착하고, 고온에서 메탄 및 수소의 혼합가스와 반응시켜 적절한 양의 탄소가 촉매층에 녹아 들어가거나 흡착되도록 하고, 냉각을 하여 촉매층에 포함되어 있던 탄소원자들이 표면에서 결정화되면서 그래핀 결정 구조를 금속 위에 형성한다. 이후, 합성된 그래핀 박막에서 촉매층을 제거함으로써 기판으로부터 분리시킨 후 단일층의 그래핀을 제조할 수 있다.Specifically, the single-layer graphene deposition using chemical vapor deposition is performed by depositing copper (or nickel) to be used as a catalyst layer on a substrate and reacting with a mixed gas of methane and hydrogen at a high temperature to deposit an appropriate amount of carbon in the catalyst layer And the carbon atoms contained in the catalyst layer are crystallized on the surface to form a graphene crystal structure on the metal. Thereafter, a single layer of graphene can be produced by separating the catalyst layer from the substrate by removing the catalyst layer from the synthesized graphene thin film.
또한, 융복합 나노 구조체는 단일층의 그래핀을 PMMA로 지지하여 탈이온수에 띄우고 다공성 실리콘층에 전사하여 제조될 수 있다.In addition, the fused composite nano structure can be manufactured by supporting a single layer of graphene with PMMA, placing it in deionized water, and transferring it to the porous silicon layer.
단계 1830에서 융복합 나노구조체의 상하부에 각각 전극을 형성시킨다.In
실시예에 따라서는 전극은 금, 은 및 백금과 같은 금속일 수 있고, 상기 전극은 열증착기, 전자빔 증착기, 또는 직류 스퍼터(DC sputter) 증착기 중 어느 하나를 사용하여 상기 금속을 융복합 나노 구조체의 상하부에 증착 또는 코팅을 하여 형성될 수 있다.
According to an embodiment, the electrode may be a metal such as gold, silver, and platinum, and the electrode may be formed using any one of a thermal evaporator, an electron beam evaporator, or a DC sputter evaporator, And may be formed by vapor deposition or coating on the upper and lower portions.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (5)
다공성 실리콘층 상에 형성된 단일층(single layer)의 그래핀을 포함하는 수직접합구조의 융복합 나노구조체; 및
상기 융복합 나노구조체의 상하부에 각각 형성된 전극을 포함하고,
상기 다공성 실리콘층은 다공성도(porosity)의 제어를 통하여 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 조절되며, 상기 포토 다이오드는 화학적 식각(MACE, metal assisted chemical etching) 방식에서의 금속 촉매에 대한 증착 시간의 제어를 통하여 근자외선 영역에 대한 광반응도가 제어되는 것을 특징으로 하는
그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드.In the photodiode,
A fused composite nano structure of a vertically bonded structure including a single layer of graphene formed on a porous silicon layer; And
And electrodes formed on upper and lower portions of the fused composite nano structure, respectively,
The energy band gap of the porous silicon layer is controlled by controlling the porosity of the porous silicon layer and the photodiode is controlled to have a deposition time of a metal catalyst in a metal assisted chemical etching (MACE) Wherein the photoreactivity to the near ultraviolet region is controlled through control
Photodiode using graphene / porous silicon fused composite nanostructure.
상기 다공성 실리콘층은 실리콘 기판에 금속을 촉매로 하는 상기 화학적 식각 방식을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드. The method according to claim 1,
Wherein the porous silicon layer is formed through the chemical etching method using a metal as a catalyst on a silicon substrate. 2. A photodiode using the graphene / porous silicon fused composite nano structure.
상기 단일층의 그래핀은 촉매층을 탄소 함유 혼합가스와 반응시켜 상기 촉매층 상에 화학기상증착(CVD) 방식으로 증착되어 형성되고,
상기 융복합 나노구조체는 상기 형성된 단일층의 그래핀과 상기 다공성 실리콘층을 수직접합 공정을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드.The method according to claim 1,
The single-layer graphene is formed by reacting a catalyst layer with a carbon-containing mixed gas and depositing the catalyst layer on the catalyst layer by a chemical vapor deposition (CVD)
Wherein the fused composite nano structure is formed through a vertically bonding process between the formed single-layer graphene and the porous silicon layer.
상기 포토 다이오드는 상기 다공성 실리콘층의 상기 다공성도(porosity)의 제어를 통하여 상기 융복합 나노구조체의 상기 에너지 밴드 갭이 조절되어, 벌크 실리콘에서보다 넓은 주파수 대역에서 높은 광효율을 가지는 것을 특징으로 하는 그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드.The method according to claim 1,
Wherein the photodiode controls the energy band gap of the fused composite nanostructure through control of the porosity of the porous silicon layer to have a high optical efficiency in a wider frequency band in bulk silicon. Photodiode using fin / porous silicon fused composite nanostructure.
실리콘 기판에 금속을 촉매로 하는 화학적 식각(MACE, metal assisted chemical etching) 방식을 통하여 다공성 실리콘층을 형성시키는 단계;
화학기상증착(CVD) 방식으로 형성된 단일층의 그래핀을 상기 다공성 실리콘층에 전사시켜 융복합 나노구조체를 형성시키는 단계; 및
상기 융복합 나노구조체의 상하부에 각각 전극을 형성시키는 단계를 포함하고,
상기 다공성 실리콘층은 다공성도(porosity)의 제어를 통하여 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 조절되며, 상기 포토 다이오드는 상기 화학적 식각 방식에서의 금속 촉매에 대한 증착 시간의 제어를 통하여 근자외선 영역에 대한 광반응도가 제어되는 것을 특징으로 하는
그래핀/다공성 실리콘 융복합 나노 구조체를 이용한 포토 다이오드 제조방법.In the photodiode manufacturing method,
Forming a porous silicon layer on a silicon substrate through a metal-assisted chemical etching (MACE) method using a metal as a catalyst;
Transferring a single layer of graphene formed by a chemical vapor deposition (CVD) method to the porous silicon layer to form a fused composite nanostructure; And
And forming electrodes on upper and lower portions of the fused composite nano structure, respectively,
The energy band gap of the porous silicon layer is controlled by controlling the porosity of the porous silicon layer and the photodiode is controlled in the near ultraviolet region by controlling the deposition time of the metal catalyst in the chemical etching method. Characterized in that the photoreactivity is controlled
(Method for fabricating photodiode using graphene / porous silicon fused composite nanostructure).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140070662A KR101580740B1 (en) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Photo diode using hybrid structure of graphene/porous silicon and method of macufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140070662A KR101580740B1 (en) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Photo diode using hybrid structure of graphene/porous silicon and method of macufacturing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20150142744A KR20150142744A (en) | 2015-12-23 |
KR101580740B1 true KR101580740B1 (en) | 2015-12-29 |
Family
ID=55082054
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020140070662A KR101580740B1 (en) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Photo diode using hybrid structure of graphene/porous silicon and method of macufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101580740B1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106883841B (en) * | 2017-02-09 | 2019-03-05 | 江苏大学 | A kind of graphene-the porous silica material and preparation method of high photoluminescence performance |
KR101962006B1 (en) | 2017-03-22 | 2019-03-25 | 한양대학교 에리카산학협력단 | Gas sensor, and method for manufacturing same |
CN113206006A (en) * | 2021-04-21 | 2021-08-03 | 武汉大学 | Laser impact preparation method for two-dimensional material tensile strain engineering |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040057238A (en) * | 2002-12-26 | 2004-07-02 | 삼성전기주식회사 | Photo diode, opto-electronic intergrated circuit device having the same and method of manufacturing the same |
KR20130084562A (en) * | 2012-01-17 | 2013-07-25 | 한국과학기술원 | Nano device of vertical nanowire structure using graphene and method for manufacturing thereof |
-
2014
- 2014-06-11 KR KR1020140070662A patent/KR101580740B1/en active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20150142744A (en) | 2015-12-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101558801B1 (en) | Photo diode using hybrid structure of graphene-silicon quantum dots and method of manufacturing the same | |
Flemban et al. | A photodetector based on p-Si/n-ZnO nanotube heterojunctions with high ultraviolet responsivity | |
Gong et al. | All-printable ZnO quantum dots/graphene van der Waals heterostructures for ultrasensitive detection of ultraviolet light | |
Zhang et al. | High-responsivity, high-detectivity, ultrafast topological insulator Bi2Se3/silicon heterostructure broadband photodetectors | |
CN107482072B (en) | Graphene-based wavelength selective photodetector with sub-band gap detection capability | |
Selman et al. | Highly sensitive fast-response UV photodiode fabricated from rutile TiO2 nanorod array on silicon substrate | |
Selman et al. | A high-sensitivity, fast-response, rapid-recovery p–n heterojunction photodiode based on rutile TiO2 nanorod array on p-Si (1 1 1) | |
Hosseini et al. | Photo-detector diode based on thermally oxidized TiO2 nanostructures/p-Si heterojunction | |
Goswami et al. | Au-nanoplasmonics-mediated surface plasmon-enhanced GaN nanostructured UV photodetectors | |
Husham et al. | Microwave-assisted chemical bath deposition of nanocrystalline CdS thin films with superior photodetection characteristics | |
US11653555B2 (en) | Methods and apparatuses for fabricating perovskite-based devices on cost-effective flexible conductive substrates | |
Wang et al. | Construction of mixed-dimensional WS 2/Si heterojunctions for high-performance infrared photodetection and imaging applications | |
Kim et al. | ITO nanowires-embedding transparent NiO/ZnO photodetector | |
Shaikh et al. | Chemical synthesis of pinecone like ZnO films for UV photodetector applications | |
Naderi et al. | Visible-blind ultraviolet photodetectors on porous silicon carbide substrates | |
KR101580740B1 (en) | Photo diode using hybrid structure of graphene/porous silicon and method of macufacturing the same | |
Dhyani et al. | High speed MSM photodetector based on Ge nanowires network | |
Ghods et al. | Plasmonic enhancement of photocurrent generation in two-dimensional heterostructure of WSe2/MoS2 | |
Alsultany et al. | Low-power UV photodetection characteristics of ZnO tetrapods grown on catalyst-free glass substrate | |
Kiruthika et al. | Large area transparent ZnO photodetectors with Au wire network electrodes | |
Xu et al. | Surface engineering in SnO2/Si for high-performance broadband photodetectors | |
Abdul-Hameed et al. | Fabrication of a high sensitivity and fast response self-powered photosensor based on a core-shell silicon nanowire homojunction | |
Ghadi et al. | Ultrasensitive zinc magnesium oxide nanorods based micro-sensor platform for UV detection and light trapping | |
Wang et al. | Back-reflected performance-enhanced flexible perovskite photodetectors through substrate texturing with femtosecond laser | |
Khalef et al. | Photo detector fabrication based ZnO nanostructure on silicon substrate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181002 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191028 Year of fee payment: 5 |