• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.129-129
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• 2010

적외선 검출소자(Infrared Photodetector)는 근적외선에서 원적외선 영역에 이르는 광범위한 파장 범위의 적외선을 이용하는 기기로서 대상물이 방사하는 적외선 영역의 에너지를 흡수하여 이를 영상화할 수 있는 장비이다. 적외선 관련 기술은 2차 세계대전 기간에 태동하였으며, 현재에는 원거리 감지기술 등과 접목되면서 그 활용 분야가 다양해지고 있다. 특히 능동형 정밀 타격무기를 비롯한 감시 정찰 장비 및 지능형 전투 장비 시스템 등에 대한 요구를 바탕으로 보다 정밀하고 신속한 표적 감지 및 정보처리 기술에 관한 연구가 선진국을 통해서 활발히 진행되고 있다. 기존의 Bolometer 형식의 열 감지 소자는 반응 속도가 느리고 측정 감도가 낮은 단점이 있으며, MCT(HgCdTe)를 이용한 적외선 검출기의 경우 높은 기계적 결함과 77K 저온에서 동작해야하기 때문에 발생하는 추가 비용 등이 문제점으로 지적되고 있다[1]. 이에 반해 화합물 반도체 자기조립 양자점(self-assembled quantum dot)을 이용한 적외선 수광소자는 양자점이 가지는 불연속적인 내부 에너지 준위로 인하여, 높은 내부 양자 효율과 온도 안정성을 기대할 수 있으며, 고성능, 고속처리, 저소비전력 및 저소음의 실현이 가능하다. 본 연구에서는 적층 InAs/InGaAs dot-in-a-well 구조를 유기금속화학기상증착법을 이용하여 성장하고 이를 소자에 응용하였다. 균일한 적층 양자점의 성장을 위해서 원자현미경(atomic force microscopy)을 이용하여, 각 층의 양자점의 크기와 밀도를 관찰하였고, photoluminescence (PL)를 이용하여 발광특성을 연구하였다. 각 층간의 GaAs space layer의 두께와 온도 조절 과정을 조절함으로써 균일한 적층 양자점 구조를 얻을 수 있었다. 이를 이용하여 양자점의 전도대 내부의 에너지 준위간 천이(intersubband transition)를 이용하는 n-type GaAs/intrinsic InAs 양자점/n-type GaAs 구조의 양자점 적외선수광소자 구조를 성장하였다. 이 과정에서 상부 n-type GaAs의 성장 온도가 600도 이상이 되는 경우 발광효율이 급격히 감소하고, 암전류가 크게 증가하는 것을 관찰하였다. 이는 InAs 양자점과 주변 GaAs 간의 열에 의한 상호 확산에 의하여 양자점의 전자 구속 효과를 저해하는 것으로 설명된다.

• 한국진공학회지
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• 제19권3호
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• pp.217-223
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• 2010

유기금속화학기상증착법으로 적층 InAs/$In_{0.1}Ga_{0.9}As$ DWELL (dot-in-a-well) 구조를 성장하여 n-i-n 구조의 적외선 수광소자를 제작하였으며, PL (photoluminescence) 발광 특성 및 암전류 특성을 분석하였다. 동일한 조건으로 양자점을 적층하였을 때 크기 및 밀도의 변화에 의한 이중 PL peak을 관찰하였으며, TMIn의 유량을 조절함으로써 단일 peak을 갖는 균일한 크기의 양자점 적층 구조를 성장할 수 있었다. 적외선 수광소자 구조를 성장함에 있어서, 상부의 n-형 GaAs의 성장 온도가 600도 이상인 경우 PL 발광 세기가 급격히 감소하였고 이에 따른 암전류의 증가를 관찰하였다. 0.5 V 인가 전압에서 암전류의 온도 의존성에 대한 활성화 에너지의 크기는 성장온도가 580도인 경우 106 meV이고, 650도의 경우는 48 meV로 급격이 낮아졌다. 이는 고온의 성장 온도에 의한 InAs 양자점과 $In_{0.1}Ga_{0.9}As$ 양자우물구조 계면에서의 열적 상호 확산에 의하여 비발광 천이가 증가되었기 때문이다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제37권8호
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• pp.42-47
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• 2000

분자선결정성장법을 이용하여 자기구성 양자점들을 high electron mobility transistor (HEMT)의 체널 영역에 삽입하여, 양자점내의 inter-subband transition을 이용한 전파장 적외선 수광소자를 제작하였다. 제작된 소자는 180 K 이상의 온도에서 InAs 양자점의 전자에 대한 강한 구속력으로 인해 낮은 암전류 특성을 보이며 7${\mu}m$에서 11${\mu}m$까지의 넓은 수광영역을 나타내었다. 9.4${\mu}m$에서 peak 광전류가 검출되었으며 이때의 검출율은 $1.93{\times}10^{10}cmHz^{1/2}/W$ 였다. 장파장 적외선 검출에 따른 광전류는 가해진 전압에 대하여 전계효과트랜지스터와 같은 전류-전압 특성을 가지며, 인가된 전압이 증가함에 따라 증가된 암전류에 의하여 광전류가 감소하는 특성을 보여주고 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2006년도 제30회 학술논문발표회 초록집
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• pp.214-214
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• 2006

• 한국진공학회지
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• 제15권2호
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• pp.223-230
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• 2006

분자선 에피택시 (MBE)법으로 성장된 양자점 원적외선 수광소자(Quantum Dot Infrared Photodetector: QDIP)구조의 $In_{0.5}Ga_{0.5}As/GaAs$ 자발형성 양자점에 대하여, 수소화 처리(Hydrogen Plasma treatment) 전후의 각각의 특성을 광학적인 방법으로 분석하였다. 광학적 특성은 광루미네센스(photoluminescence: PL) 그리고 광전류(Photocurrent: PC)방법으로 각각 15K 300K 10K 130k 범위에서 측정되었으며, 수소화 처리 전후의 $In_{0.5}Ga_{0.5}As$ 자발형성 양자점의 광학적 특성을 비교 분석해보면, 원시료(as-grown)의 하나의 봉우리가 수소화 처리를 통하여 두개의 봉우리로 나뉘지만 PL의 전체 세기(intensity)에는 큰 변화가 없었으며, 광전류는 수소화 처리 후에 감소함을 알 수 있다. 수소화 처리 전후의 샘플에 대해 PL의 결과로부터 활성화 에너지를 계산하여 비교해보면, 수소화 처리 전후의 활성화 에너지가 다름을 알 수 있고, 이 변화된 활성화 에너지 값은 측정된 광전류의 봉우리에 해당하는 에너지 값과 거의 일치함을 알 수 있다. 수소화 처리된 샘플은 역 수소화 처리를 통하여 PL 그래프의 모양이 원시료의 모양으로 되돌아가야 함에도 불구하고, 수소화 처리된 시료의 PL의 그래프와 동일한 모습을 보였다. 이러한 현상은 자발형성 양자점의 수소화 처리에 따른 양자점 내부의 양자점 조성의 변동에 그 원인이 있는 것으로 보인다.

• 한국진공학회지
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• 제15권2호
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• pp.216-222
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• 2006

InGaAs/GaAs 양자 우물 내에 삽입된 InAs 양자점으로 구성된 5층의 흡수층과 $Al_{0.3}Ga_{0.7}As/GaAs$ SL (superlattice) 암전류 장벽층을 갖는 QDIP (quantum dot infrared photodetector) 구조에 대한 수소 RF 플라즈마에 의한 수소화 처리가 QDIP의 전기적. 광학적 특성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. RF 플라즈마 수소화 처리는 양자점의 밴드구조에 영향을 미치지 않았으며 $Al_{0.3}Ga_{0.7}As/GaAs$ SL 암전류 장벽층 내의 결함 제거 및 QDIP 구조 내 결함 생성을 동시에 유도함으로써 QDIP의 전기적 특성 향상은 수소 플라즈마 처리시간의 함수임을 알았다. 20 W의 수소 RF 플라즈마를 사용했을 때, 10분간의 플라즈마 조사가 가장 좋은 전기적 특성을 제공하여 높은 암전류 때문에 원시료에서는 측정 할 수 없었던 광전류 신호를 측정 할 수 있었다.

• 한국진공학회지
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• 제15권2호
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• pp.209-215
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• 2006

PL (photoluminescence), PLE (PL excitation) 그리고 근 적외선 투과 분광법을 활용하여 InAsGa/GaAs 우물 내 InAs 양자점 구조의 광학적 특성과 전자 버금 띠 구조에 대하여 연구하였다. 투과 스펙트럼과 PLE 스펙트럼으로부터 InAs 양자점 내 세 개의 구속 상태와 InGaAs/GaAs 우물 내에 두 개의 구속 상태가 존재함을 발견하였고, 광전류 스펙트럼에서 관측된 버금 띠 사이 전이들과 연관지어 해석하였다.

• 센서학회지
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• 제31권2호
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• pp.125-130
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• 2022

We describe the importance of zinc oxide nanoparticle (ZnO NP) concentration in the enhancement of electrical properties in a lead sulfide quantum dot (PbS QD)-based shortwave infrared (SWIR) photodetector. ZnO NPs were synthesized using the sol-gel method. The concentration of the ZnO NPs was controlled as 20, 30 and 40 mg/mL in this study. Note that the ZnO NPs layer is commonly used as an electron transport layer in PbS QDs SWIR photodetectors. The photo-to-dark ratio, which is an important parameter of a photodetector, was intensively examined to evaluate the electrical performance. The 20 mg/mL condition of ZnO NPs exhibited the highest photo-to-dark ratio value of 5 at -1 V, compared with 1.8 and 0.4 for 30 mg/mL and 40 mg/mL, respectively. This resulted because the electron mobility decreased when the concentration of ZnO NPs was higher than the optimized value. Based on our results, the concentration of ZnO NPs was observed to play an important role in the electrical performance of the PbS QDs SWIR photodetector.