KR102669894B1

KR102669894B1 - Filterless bilateral majority carrier type color photodetector and fabricating method thereof

Info

Publication number: KR102669894B1
Application number: KR1020220047742A
Authority: KR
Inventors: 최재우; 조연수; 김현아
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2022-04-18
Filing date: 2022-04-18
Publication date: 2024-05-28
Also published as: KR20230148666A

Abstract

본 발명은 무필터 양측 다수 캐리어 유형(majority carrier type) 컬러 광센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 삽입층(insertion layer) 및 투명도가 높고 전하 캐리어 이동도가 높은 그래핀을 이용한 BTB(back-to-back) 쇼트키 다이오드를 기반으로 하는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 구현하는 기술에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 제1 접합(junction) 영역 및 제2 접합 영역을 포함하고, 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 사이에 공백(gap) 영역을 포함하며, 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 중 어느 하나의 접합 영역과 상기 공백 영역은 제1 인터페이스(IS-1), 제2 인터페이스(IS-2) 및 제3 인터페이스(IS-3)를 이루고, 광이 입사하는 경우에, 상기 제1 인터페이스(IS-1)에서의 광 전류 생성 값과 상기 제3 인터페이스(IS-3)에서의 광 전류 생성 값의 차이에 기반하여 상기 입사하는 광의 컬러를 검출할 수 있다.The present invention relates to a filter-free bilateral majority carrier type color optical sensor and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a BTB using an insertion layer and graphene with high transparency and high charge carrier mobility. (back-to-back) relates to a technology for implementing a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor based on a Schottky diode, and according to an embodiment of the present invention, a first junction region and a second junction and a gap region between the first bond region and the second bond region, wherein any one of the first bond region and the second bond region and the gap region are It forms a first interface (IS-1), a second interface (IS-2), and a third interface (IS-3), and when light is incident, the photo current generation value at the first interface (IS-1) The color of the incident light may be detected based on the difference between the photo current generation value and the third interface IS-3.

Description

무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서 및 그 제조 방법{FILTERLESS BILATERAL MAJORITY CARRIER TYPE COLOR PHOTODETECTOR AND FABRICATING METHOD THEREOF}Filter-free bilateral majority carrier type color optical sensor and method of manufacturing the same {FILTERLESS BILATERAL MAJORITY CARRIER TYPE COLOR PHOTODETECTOR AND FABRICATING METHOD THEREOF}

본 발명은 무필터 양측 다수 캐리어 유형(majority carrier type) 컬러 광센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 삽입층(insertion layer) 및 투명도가 높고 전하 캐리어 이동도가 높은 그래핀을 이용한 BTB(back-to-back) 쇼트키 다이오드를 기반으로 하는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 구현하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a filter-free bilateral majority carrier type color optical sensor and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a BTB using an insertion layer and graphene with high transparency and high charge carrier mobility. This relates to a technology for implementing a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor based on a (back-to-back) Schottky diode.

광센서(photodetector)는 기술 의존적인 생활 스타일(lifestyle)을 향상시키기 위해 필수적이다.Photodetectors are essential for improving our technology-dependent lifestyle.

따라서, 신호 증폭 기능이 내장된 효율적인 광센서에 대한 요구가 지속적으로 증가하고 있다.Therefore, the demand for efficient optical sensors with built-in signal amplification functions continues to increase.

이 내장 신호 증폭은 종종 불가피한 초과 노이즈와 함께 높은 바이어스 전압에서 작동하는 애벌런칭(avalanching) 프로세스(process)에 의해 달성될 수 있다.This built-in signal amplification can often be achieved by an avalanching process operating at high bias voltages with unavoidable excess noise.

또한, 상대적으로 낮은 과잉 잡음으로 낮은 바이어스 전압에서도 신호가 크게 증폭될 수 있다.Additionally, signals can be greatly amplified even at low bias voltages with relatively low excess noise.

광 신호를 전기 신호로 변환하는 광센서는 광 및 무선 통신, 원격 환경 모니터링, 이미징, 보안, 데이터 과학, 자율 주행 차량, 가상 및 증강 현실, 인공 지능, 디지털 트윈, 양자 계측, 양자 정보 기술 등에 활용될 수 있다.Optical sensors that convert optical signals into electrical signals are used in optical and wireless communications, remote environmental monitoring, imaging, security, data science, autonomous vehicles, virtual and augmented reality, artificial intelligence, digital twins, quantum metrology, quantum information technology, etc. It can be.

따라서, 높은 반응성, 높은 검출도, 빠른 응답 시간 및 파장 선택성을 갖는 광센서가 크게 추구되어 왔다.Therefore, optical sensors with high reactivity, high detection, fast response time, and wavelength selectivity have been greatly pursued.

광센서 중 수직적층 구조를 기반으로 하는 p-i-n 광센서(photodetector, PD), APD(Avalanche PhotoDetector), 측면 구조를 기반으로 하는 MSM(Metal-Semiconductor-Metal) PD가 존재한다.Among optical sensors, there are p-i-n optical sensors (photodetector, PD) based on a vertically stacked structure, APD (Avalanche PhotoDetector), and MSM (Metal-Semiconductor-Metal) PD based on a lateral structure.

APD는 신호 증폭을 위한 애벌랜치 프로세스를 일으킬 만큼 높은 항복 전압에서 작동함으로써 달성되는 내부 고이득으로 인해 선호되는 선택이 되었다.APDs have become the preferred choice due to the high internal gain achieved by operating at a breakdown voltage high enough to initiate an avalanche process for signal amplification.

그러나 APD는 고전압 동작에 의한 고유 잡음 증폭에 따른 과잉 잡음이 많다는 문제점이 존재한다.However, APDs have a problem with a lot of excess noise due to inherent noise amplification due to high-voltage operation.

측면 구조의 MSM PD는 2개의 접합 영역과 두 접합 사이의 1개의 갭 영역으로 구성될 수 있다.The MSM PD in the lateral structure can be composed of two junction regions and one gap region between the two junctions.

일반적으로, MSM PD에서 빛은 금속 전극 사이의 반도체에 직접 조명되고 흡수되고, 금속과 반도체 사이의 접합은 옴 또는 쇼트키 유형일 수 있다.Typically, in MSM PD, light is directly illuminated and absorbed by the semiconductor between metal electrodes, and the junction between the metal and semiconductor can be ohmic or Schottky type.

오믹(Ohmic)형의 검출 효율은 광발생 전자와 정공의 수명비에 크게 좌우되지만 검출 속도는 광발생 캐리어의 긴 수명과 금속 전극 사이의 거리에 반비례한다.Ohmic type detection efficiency largely depends on the lifespan ratio of light-generated electrons and holes, but detection speed is inversely proportional to the long lifespan of light-generated carriers and the distance between metal electrodes.

또한, Ohmic형의 암전류는 일반적으로 크기가 커서 문제가 되고, Ohmic 유형과 달리 접합이 쇼트키 유형일 때 MSM 광센서는 BTB SD(back-to-back Schottky Diode)의 특성으로 인해 상대적으로 낮은 암전류를 보일 수 있다.In addition, the dark current of the Ohmic type is generally large and a problem, and unlike the Ohmic type, when the junction is a Schottky type, the MSM optical sensor has a relatively low dark current due to the characteristics of the back-to-back Schottky Diode (BTB SD). It can be seen.

동일 평면 구조 덕분에 우수한 통합 기능을 나타내지만 일반적으로 전극의 불투명도로 인해 광 신호 손실 및 내부 이득 없음으로 인해 응답성이 낮다.Although they exhibit excellent integration capabilities thanks to their coplanar structure, they typically have low responsiveness due to optical signal loss and no internal gain due to the opacity of the electrodes.

금속 전극이 투명할 때, 간극 영역뿐 만 아니라 투명 금속 전극으로 덮인 접합 영역에 직접 조명에 의해 광 검출이 수행될 수 있다.When the metal electrode is transparent, photodetection can be performed by direct illumination of the gap region as well as the junction region covered by the transparent metal electrode.

MSM PD의 이러한 구성은 이 연구에서 볼 수 있는 것처럼 빛의 색상을 식별하기 위한 추가 정보를 제공할 수 있다.This configuration of MSM PD can provide additional information for identifying the color of light, as seen in this study.

구조와 유형에 관계없이 이러한 모든 광센서는 기본적으로 작동을 위해 전극이 필요하다.Regardless of their structure and type, all these optical sensors fundamentally require electrodes for operation.

다양한 금속 재료 중에서 그래핀은 높은 광학적 투명도와 전하 캐리어 이동도 때문에 전극으로서 광검출 특성에 주목받고 있다.Among various metal materials, graphene is attracting attention for its photodetection properties as an electrode due to its high optical transparency and charge carrier mobility.

따라서, 그래핀 반도체 SD 기반 광센서는 그래핀의 높은 투과율과 높은 이동도를 이용하여 투명 전극으로 채용함으로써 입사광의 대부분을 광흡수 반도체에 전달함으로써 자연스럽게 추구되어 왔다. 이것은 금속 전극을 통해 접합부에 직접 조명을 허용한다.Therefore, a graphene semiconductor SD-based optical sensor has been naturally pursued by utilizing the high transmittance and high mobility of graphene as a transparent electrode to transmit most of the incident light to the light-absorbing semiconductor. This allows direct illumination of the joint through the metal electrode.

기존 수동 금속 전극과 달리 그래핀은 고유한 상태 밀도로 인해 전기적, 광학적 및/또는 화학적 방법을 통해 조정 가능한 페르미 준위인 또 다른 고유한 활성 전자 특성을 가지고 있다.Unlike conventional passive metal electrodes, graphene has another unique active electronic property, the Fermi level, which can be tuned through electrical, optical and/or chemical methods due to its unique density of states.

특히, 다수 캐리어 기반 그래핀-반도체 이종접합 쇼트키 광센서는 쇼트키 장벽 높이(Schottky barrier height, SBH)를 변조하기 위해 이 페르미 레벨 조정성을 효율적으로 활용하도록 설계되었다.In particular, a majority carrier-based graphene-semiconductor heterojunction Schottky optical sensor was designed to efficiently utilize this Fermi level tunability to modulate the Schottky barrier height (SBH).

종래 기술에서 연구된 바에 따르면, 그래핀과 반도체 사이의 터널링 장벽으로 고유 산화물을 갖는 다수 캐리어 유형의 광센서는 예상보다 낮은 광 반응성을 나타내었다.According to research in the prior art, a majority carrier type optical sensor with an intrinsic oxide as a tunneling barrier between graphene and a semiconductor showed lower photoresponsivity than expected.

또한, 일반적으로 실리콘 표면은 주변 대기와 실리콘 댕글링 본드의 반응에 의해 형성되지만 종종 결함 상태가 있는 자연 산화막에 덮여있다.Additionally, the silicon surface is typically covered by a native oxide film that is formed by the reaction of silicon dangling bonds with the surrounding atmosphere, but often contains defect states.

이러한 결함 상태와 결함이 있는 산화물은 광 발생 캐리어의 높은 재결합 속도를 유도하여 광 발생 캐리어 손실과 비효율적인 장벽 높이 변조를 유발하여 신호 증폭을 감소시킬 수 있다.These defect states and defective oxides can induce high recombination rates of photogenerated carriers, resulting in photogenerated carrier loss and inefficient barrier height modulation, thereby reducing signal amplification.

즉, 종래 기술은 자연 산화막을 이용하는데, 자연 산화막은 결함 상태(defect state)가 다수 존재하고, 두께가 상대적으로 두껍기 때문에 터널링이 잘 일어나지 않으며, 광 전류(photo current)가 발생할 때 이를 잘 이용하지 못하는 문제점이 존재한다.In other words, the prior art uses a natural oxide film, but the natural oxide film has many defect states, is relatively thick, so tunneling does not occur easily, and it is not used well when photo current occurs. There is a problem that cannot be done.

터널링을 개선하기 위해서, 자연 산화막을 에칭하는 경우에 터널링이 너무 잘 발생하기 때문에 암전류가 많이 발생하는 문제점이 존재한다.In order to improve tunneling, when etching a natural oxide film, there is a problem in that a large amount of dark current is generated because tunneling occurs too easily.

한국등록특허 제10-2019599호, "그래핀 기반의 포토 다이오드 및 그 제조 방법"Korean Patent No. 10-2019599, “Graphene-based photodiode and method of manufacturing the same” 한국공개특허 제10-2020-0005418호, "반도체 장치"Korean Patent Publication No. 10-2020-0005418, “Semiconductor device” 한국공개특허 제10-2018-0054359호, "광센서"Korean Patent Publication No. 10-2018-0054359, “Optical sensor” 한국등록특허 제10-1806024호, "그래핀을 이용하여 포토 트랜지스터를 제작하는 방법 및 포토 트랜지스터"Korean Patent No. 10-1806024, “Method of manufacturing a phototransistor using graphene and phototransistor”

본 발명은 삽입층(insertion layer) 및 투명도가 높고 전하 캐리어 이동도가 높은 그래핀을 이용한 BTB(back-to-back) 쇼트키 다이오드를 기반으로 하는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor based on a back-to-back (BTB) Schottky diode using an insertion layer and graphene with high transparency and high charge carrier mobility. The purpose is to

본 발명은 삽입층(insertion layer)의 페르미 레벨 조정성을 효율적으로 활용하여 쇼트키 장벽 높이(Schottky barrier height, SBH) 변조 비율을 높여 입사광에 대한 응답성을 향상된 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor with improved responsiveness to incident light by efficiently utilizing the Fermi level adjustability of the insertion layer to increase the Schottky barrier height (SBH) modulation ratio. The purpose is to provide.

본 발명은 수소와 산소를 사용하여 실리콘 표면의 패시베이션(passivation)하고, 이 패시베이션이 그래핀과 얇은 실리콘으로 구성된 연속 쇼트키 접합(Schottky junction)이 사용된 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 신호 증폭과 양방향 동작에서 시너지 효과를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention uses hydrogen and oxygen to passivate the silicon surface, and this passivation produces a signal in a filter-free, two-sided majority carrier type color optical sensor using a continuous Schottky junction composed of graphene and thin silicon. The purpose is to provide synergy effects in amplification and bidirectional operation.

본 발명은 컬러 광센서에서 쇼트키 배리어로 동작하는 삽입층을 접합 영역에 원자 크기(atomic scale)의 두께로 형성함에 따라 누설 전류(leakage current)의 발생량을 감소시켜 온 오프율(on/off ratio)을 향상시키고, 결함 상태(defect state)를 감소시키는 것을 목적으로 한다.The present invention reduces the amount of leakage current generated by forming an insertion layer that acts as a Schottky barrier in the color optical sensor with an atomic scale thickness in the junction area, thereby reducing the on/off ratio. ) and reduce defect states.

본 발명은 접합 영역과 공백 영역 각각에서 생성되는 광전류를 비교하여 컬러필터 없이도 입사광의 컬러를 구분하는 컬러 광센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a color optical sensor that distinguishes the color of incident light without a color filter by comparing the photocurrent generated in each of the junction area and the blank area.

본 발명은 컬러 광센서에서 얇은 두께로 디바이스층을 구성함에 따라 계면특성에 기반하여 결함 상태(defect state)의 영향을 감소시키고, 이에 따라 컬러 필터 없이 입사광의 컬러를 감지하며, 신호를 증폭시키는 것을 목적으로 한다.The present invention reduces the influence of defect states based on interface characteristics by constructing a thin device layer in a color optical sensor, thereby detecting the color of incident light without a color filter and amplifying the signal. The purpose.

본 발명은 삽입층(insertion layer)에 의한 표면 패시베이션(passivation)과 접합 영역과 공백 영역에 의한 서로 다른 인터페이스와 얇은 두께의 디바이스층에 기반하여 높은 반응성과 식별 가능한 파장 의존성을 갖는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a filter-free double-sided majority carrier with high reactivity and discernible wavelength dependence based on surface passivation by an insertion layer, different interfaces by a junction region and a blank region, and a thin device layer. The purpose is to provide a tangible color optical sensor.

본 발명의 일실시예에 따른 컬러 광센서는 제1 접합(junction) 영역 및 제2 접합 영역을 포함하고, 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 사이에 공백(gap) 영역을 포함하며, 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 중 어느 하나의 접합 영역과 상기 공백 영역은 제1 인터페이스(IS-1), 제2 인터페이스(IS-2) 및 제3 인터페이스(IS-3)를 이루고, 광이 입사하는 경우에, 상기 제1 인터페이스(IS-1)에서의 광 전류 생성 값과 상기 제3 인터페이스(IS-3)에서의 광 전류 생성 값의 차이에 기반하여 상기 입사하는 광의 컬러를 검출할 수 있다.A color optical sensor according to an embodiment of the present invention includes a first junction area and a second junction area, and a gap area between the first junction area and the second junction area, Any one of the first bonding region and the second bonding region and the blank region form a first interface (IS-1), a second interface (IS-2), and a third interface (IS-3). , when light is incident, the color of the incident light is determined based on the difference between the photo current generation value at the first interface (IS-1) and the photo current generation value at the third interface (IS-3). It can be detected.

상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 중 어느 하나의 접합 영역은, BOX(buried oxide) 층, 상기 BOX(buried oxide) 층 상에 위치하는 디바이스층, 상기 디바이스층 상에 위치하는 삽입층 및 상기 삽입층 상에 위치하는 그래핀층을 포함할 수 있다.Any one of the first bonding region and the second bonding region includes a buried oxide (BOX) layer, a device layer located on the buried oxide (BOX) layer, an insertion layer located on the device layer, and It may include a graphene layer located on the insertion layer.

상기 공백 영역은, BOX(buried oxide) 층, 상기 BOX(buried oxide) 층 상에 위치하는 디바이스층, 상기 디바이스층 상에 위치하는 표면 처리 산화물층 및 상기 표면 처리 산화물층의 일부분에 위치하는 그래핀층을 포함할 수 있다.The blank area includes a buried oxide (BOX) layer, a device layer located on the buried oxide (BOX) layer, a surface-treated oxide layer located on the device layer, and a graphene layer located in a portion of the surface-treated oxide layer. may include.

상기 제1 인터페이스(IS-1)는 상기 어느 하나의 접합 영역에 포함되는 삽입층과 디바이스층 간에 인터페이스이고, 상기 제2 인터페이스(IS-2)는 상기 어느 하나의 접합 영역 및 상기 공백 영역에 포함되는 BOX(buried oxide) 층과 상기 디바이스층 간에 인터페이스이며, 상기 제3 인터페이스(IS-3)는 상기 공백 영역에 포함되는 표면 처리 산화물층과 상기 디바이스층 간에 인터페이스일 수 있다.The first interface (IS-1) is an interface between an insertion layer and a device layer included in one of the bonding regions, and the second interface (IS-2) is included in the one bonding region and the blank region. It is an interface between a buried oxide (BOX) layer and the device layer, and the third interface IS-3 may be an interface between the device layer and a surface-treated oxide layer included in the blank area.

상기 디바이스층의 두께는, 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛일 수 있다.The thickness of the device layer may be 0.5 ㎛ to 3 ㎛.

상기 컬러 광센서는, 상기 디바이스층의 두께가 상기 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛에 따라 상기 입사하는 광의 파장이 증가하면 광전류가 감소하여 상기 광전류의 광 생성 캐리어의 생성비에 기반하여 상기 입사하는 광의 파장에 따른 상기 입사하는 광의 컬러를 검출할 수 있다.In the color photosensor, when the wavelength of the incident light increases as the thickness of the device layer ranges from 0.5 ㎛ to 3 ㎛, the photocurrent decreases and is adjusted to the wavelength of the incident light based on the generation ratio of the light generation carrier of the photocurrent. The color of the incident light can be detected.

상기 제1 인터페이스(IS-1)는, 상기 어느 하나의 접합 영역에 포함되는 삽입층과 디바이스층에서 상기 삽입층이 상기 삽입층 상의 그래핀층과 상기 디바이스층 사이에 터널링 장벽에 작용하는 산화물 전압에 의한 다수 캐리어에 대한 쇼트키 장벽 높이(Schottky Barrier Height, SBH)의 광유도 변조(modulation)를 허용할 수 있다.The first interface IS-1 is configured to apply an oxide voltage acting on a tunneling barrier between the device layer and the graphene layer on the insertion layer in the insertion layer and the device layer included in any of the junction regions. It is possible to allow light-induced modulation of the Schottky Barrier Height (SBH) for multiple carriers.

상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 각각의 측면 부분에서 금속 전극을 더 포함할 수 있다.It may further include a metal electrode on a side portion of each of the first and second bonding regions.

상기 컬러 광센서는, 상기 금속 전극을 통해 인가되는 전압이 0보다 클 경우 상기 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 되고, 상기 제2 접합 영역이 순방향 바이어스가되며, 상기 금속 전극을 통해 인가되는 전압이 0보다 작을 경우 상기 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 되고, 상기 제2 접합 영역이 역방향 바이어스가되며, 상기 순방향 바이어스에서는 쇼트키 장벽 높이(Schottky Barrier Height, SBH)가 증가하고, 상기 역방향 바이어스에서는 쇼트키 장벽 높이가 감소할 수 있다.In the color optical sensor, when the voltage applied through the metal electrode is greater than 0, the first junction region becomes reverse biased, the second junction region becomes forward biased, and the voltage applied through the metal electrode is 0. If it is smaller than , the first junction area becomes forward biased, and the second junction area becomes reverse biased. In the forward bias, the Schottky Barrier Height (SBH) increases, and in the reverse bias, the Schottky Barrier Height (SBH) increases. Height may decrease.

상기 어느 하나의 접합 영역은, 상기 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 역방향 바이어스 인 경우와 상기 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 순방향 바이어스 인 경우 각각에서 상기 제1 인터페이스(IS-1)에 기반하여 상기 입사하는 광의 파장에 따른 제1 광 전류를 생성하고, 상기 공백 영역은, 상기 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 역방향 바이어스 인 경우와 상기 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 순방향 바이어스 인 경우 각각에서 상기 제3 인터페이스(IS-3)에 기반하여 상기 입사하는 광의 파장에 따른 제2 광 전류를 생성하며, 상기 컬러 광센서는 상기 입사하는 광의 파장에 따라 상기 제1 광전류에 비하여 상기 제2 광전류가 감소되고, 상기 입사하는 광의 파장에 따라 상기 제1 광전류와 상기 제2 광전류 간의 차이가 존재함에 따라 상기 입사하는 광의 컬러를 검출할 수 있다.The one junction region may be configured when the first junction region is forward biased and the second junction region is reverse biased, and when the first junction region is reverse biased and the second junction region is forward biased. A first photo current is generated according to the wavelength of the incident light based on the first interface (IS-1), and in the blank area, the first junction region is forward biased and the second junction region is reverse biased. In the case of bias, the first junction region is reverse bias, and the second junction region is forward bias, a second photo current according to the wavelength of the incident light is generated based on the third interface (IS-3). The color photosensor generates a decrease in the second photocurrent compared to the first photocurrent depending on the wavelength of the incident light, and a difference exists between the first photocurrent and the second photocurrent depending on the wavelength of the incident light. Accordingly, the color of the incident light can be detected.

본 발명의 일실시예에 따르면 제1 접합(junction) 영역 및 제2 접합 영역을 포함하고, 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 사이에 공백(gap) 영역을 포함하며, 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 중 어느 하나의 접합 영역과 상기 공백 영역은 제1 인터페이스(IS-1), 제2 인터페이스(IS-2) 및 제3 인터페이스(IS-3)를 이루고, 광이 입사하는 경우에, 상기 제1 인터페이스(IS-1)에서의 광 전류 생성 값과 상기 제3 인터페이스에서의 광 전류 생성 값의 차이에 기반하여 상기 입사하는 광의 컬러를 검출하는 컬러 광센서의 제조 방법은 포토리소그래피 공정용 마스크를 이용하여 표면 처리 산화물층에서 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역에 해당하는 부분들을 에칭하는 단계, 상기 에칭된 부분들에 수소와 산소를 이용한 CVD(chemical vapor deposition) 기법의 패시베이션에 의해 삽입층을 형성하는 단계, 스퍼터링 공정을 이용하여 상기 표면 처리 산화물층 상에서 상기 공백 영역이 아니면서 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 각각의 측면 부분에 금속 전극을 형성하는 단계 및 상기 표면 처리 산화물층, 상기 삽입층 및 상기 금속 전극 상에 그래핀을 전사하여 그래핀층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it includes a first junction region and a second junction region, and includes a gap region between the first junction region and the second junction region, and the first junction region. The bonding region of any one of the region and the second bonding region and the blank region form a first interface (IS-1), a second interface (IS-2), and a third interface (IS-3), and light is incident thereon. In this case, the method of manufacturing a color optical sensor that detects the color of the incident light based on the difference between the photocurrent generation value at the first interface (IS-1) and the photocurrent generation value at the third interface Etching portions corresponding to the first bonding region and the second bonding region from a surface-treated oxide layer using a photolithography mask, and performing chemical vapor deposition (CVD) on the etched portions using hydrogen and oxygen. forming an insertion layer by a passivation technique, forming a metal electrode on a side portion of each of the first bonding region and the second bonding region without being in the blank region on the surface-treated oxide layer using a sputtering process. It may include forming a graphene layer by transferring graphene onto the surface-treated oxide layer, the insertion layer, and the metal electrode.

상기 제1 인터페이스(IS-1)는 상기 어느 하나의 접합 영역에 포함되는 삽입층과 디바이스층 간에 인터페이스이고, 상기 제2 인터페이스(IS-2)는 상기 어느 하나의 접합 영역 및 상기 공백 영역에 포함되는 BOX(buried oxide) 층과 상기 디바이스층 간에 인터페이스이며, 상기 제3 인터페이스(IS-3)는 상기 공백 영역에 포함되는 표면 처리 산화물층과 상기 디바이스층 간에 인터페이스일 수 있다.The first interface (IS-1) is an interface between an insertion layer and a device layer included in one of the bonding regions, and the second interface (IS-2) is included in the one bonding region and the blank region. It is an interface between the buried oxide (BOX) layer and the device layer, and the third interface (IS-3) may be an interface between the device layer and a surface-treated oxide layer included in the blank area.

본 발명은 삽입층(insertion layer) 및 투명도가 높고 전하 캐리어 이동도가 높은 그래핀을 이용한 BTB(back-to-back) 쇼트키 다이오드를 기반으로 하는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 제공할 수 있다.The present invention provides a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor based on a back-to-back (BTB) Schottky diode using an insertion layer and graphene with high transparency and high charge carrier mobility. You can.

본 발명은 삽입층(insertion layer)의 페르미 레벨 조정성을 효율적으로 활용하여 쇼트키 장벽 높이(Schottky barrier height, SBH) 변조 비율을 높여 입사광에 대한 응답성을 향상된 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 제공할 수 있다.The present invention is a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor with improved responsiveness to incident light by efficiently utilizing the Fermi level adjustability of the insertion layer to increase the Schottky barrier height (SBH) modulation ratio. can be provided.

본 발명은 수소와 산소를 사용하여 실리콘 표면의 패시베이션(passivation)하고, 이 패시베이션이 그래핀과 얇은 실리콘으로 구성된 연속 쇼트키 접합(Schottky junction)이 사용된 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 신호 증폭과 양방향 동작에서 시너지 효과를 제공할 수 있다.The present invention uses hydrogen and oxygen to passivate the silicon surface, and this passivation produces a signal in a filter-free, two-sided majority carrier type color optical sensor using a continuous Schottky junction composed of graphene and thin silicon. It can provide synergistic effects in amplification and two-way operation.

본 발명은 컬러 광센서에서 쇼트키 배리어로 동작하는 삽입층을 접합 영역에 원자 크기(atomic scale)의 두께로 형성함에 따라 누설 전류(leakage current)의 발생량을 감소시켜 온 오프율(on/off ratio)을 향상시키고, 결함 상태(defect state)를 감소시킬 수 있다.The present invention reduces the amount of leakage current generated by forming an insertion layer that acts as a Schottky barrier in the color optical sensor with an atomic scale thickness in the junction area, thereby reducing the on/off ratio. ) can be improved and the defect state can be reduced.

본 발명은 접합 영역과 공백 영역 각각에서 생성되는 광전류를 비교하여 컬러필터 없이도 입사광의 컬러를 구분하는 컬러 광센서를 제공할 수 있다.The present invention can provide a color optical sensor that distinguishes the color of incident light without a color filter by comparing the photocurrent generated in each of the junction area and the blank area.

본 발명은 컬러 광센서에서 얇은 두께로 디바이스층을 구성함에 따라 계면특성에 기반하여 결함 상태(defect state)의 영향을 감소시키고, 이에 따라 컬러 필터 없이 입사광의 컬러를 감지하며, 신호를 증폭시킬 수 있다.The present invention reduces the influence of defect states based on interface characteristics by configuring the device layer with a thin thickness in the color optical sensor, thereby detecting the color of incident light without a color filter and amplifying the signal. there is.

본 발명은 삽입층(insertion layer)에 의한 표면 패시베이션(passivation)과 접합 영역과 공백 영역에 의한 서로 다른 인터페이스와 얇은 두께의 디바이스층에 기반하여 높은 반응성과 식별 가능한 파장 의존성을 갖는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 제공할 수 있다.The present invention provides a filter-free double-sided majority carrier with high reactivity and discernible wavelength dependence based on surface passivation by an insertion layer, different interfaces by a junction region and a blank region, and a thin device layer. Type color optical sensor can be provided.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 단면을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 측정되는 암전류(dark current) 특성을 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 에너지 밴드 구조 및 암전류(dark current)로부터 계산한 쇼트키 배리어 높이의 변화를 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 단일 접합 영역에 광이 비추는 모델을 설명하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 RGB 파장에서 생성되는 광전류 및 응답도를 설명하는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 광유도 및 전압 의존적인 쇼트키 장벽 높이의 변화를 설명하는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 포함되는 삽입층에 의한 결함 상태(defect state)에 대한 쇼트키 장벽 높이 변화를 설명하는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 포함되는 디바이스층의 두께 및 삽입층과 관련된 광응답 특성을 설명하는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 공백 영역에 광이 비추는 모델을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 포함되는 공백 영역과 관련된 광응답 특성을 설명하는 도면이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 대한 흡수 계수, 흡수 깊이 및 광전류 비율을 설명하는 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 회로도를 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 측정 실험 환경을 설명하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 정규화된 시간에 기반한 광 응답 특성을 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram illustrating a cross section of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram illustrating dark current characteristics measured in a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4D are diagrams illustrating changes in Schottky barrier height calculated from the energy band structure and dark current of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
Figures 5A to 5D are diagrams illustrating a model in which light is illuminated on a single junction area in a filter-free double-sided majority carrier type color photosensor according to an embodiment of the present invention.
Figures 6a and 6b are diagrams illustrating photocurrent and responsivity generated at RGB wavelengths in an unfiltered double-sided majority carrier type color photosensor according to an embodiment of the present invention.
Figures 7A to 7C are diagrams illustrating light-induced and voltage-dependent changes in Schottky barrier height in a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating changes in Schottky barrier height for a defect state due to an insertion layer included in a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
9A to 9C are diagrams illustrating optical response characteristics related to the thickness of the device layer and the insertion layer included in the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating a model in which light is illuminated in a blank area in a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating optical response characteristics related to a blank area included in a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
Figures 12A to 12C are diagrams illustrating the absorption coefficient, absorption depth, and photocurrent ratio for the unfiltered double-sided majority carrier type color photosensor according to an embodiment of the present invention.
Figures 13a and 13b are diagrams illustrating a method of manufacturing a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 14 is a diagram illustrating a circuit diagram of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 15 is a diagram illustrating the measurement experiment environment of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram illustrating the normalized time-based optical response characteristics of an unfiltered double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.Hereinafter, various embodiments of this document are described with reference to the attached drawings.

실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The examples and terms used herein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, and should be understood to include various changes, equivalents, and/or substitutes for the embodiments.

하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of various embodiments, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the invention, the detailed description will be omitted.

그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in various embodiments, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.In connection with the description of the drawings, similar reference numbers may be used for similar components.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.

본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.In this document, expressions such as “A or B” or “at least one of A and/or B” may include all possible combinations of the items listed together.

"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.Expressions such as “first,” “second,” “first,” or “second,” can modify the corresponding components regardless of order or importance and are used to distinguish one component from another. It is only used and does not limit the corresponding components.

어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.When a component (e.g. a first) component is said to be "connected (functionally or communicatively)" or "connected" to another (e.g. a second) component, it means that the component is connected to the other component. It may be connected directly to a component or may be connected through another component (e.g., a third component).

본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.In this specification, “configured to” means “suitable for,” “having the ability to,” or “changed to,” depending on the situation, for example, in terms of hardware or software. ," can be used interchangeably with "made to," "capable of," or "designed to."

어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.In some contexts, the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” working with other devices or components.

예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.For example, the phrase "processor configured (or set) to perform A, B, and C" refers to a processor dedicated to performing the operations (e.g., an embedded processor), or by executing one or more software programs stored on a memory device. , may refer to a general-purpose processor (e.g., CPU or application processor) capable of performing the corresponding operations.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or' 를 의미한다.Additionally, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'.

즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.

이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Terms such as '..unit' and '..unit' used hereinafter refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 설명하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 구조를 예시한다.1 illustrates the structure of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(100)는 제1 접합(junction) 영역(110) 및 제2 접합 영역(120)을 포함하고, 제1 접합 영역(110) 및 제2 접합 영역(120) 사이에 공백(gap) 영역(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor 100 according to an embodiment of the present invention includes a first junction region 110 and a second junction region 120, and a second junction region 120. It includes a gap area 130 between the first junction area 110 and the second junction area 120.

예를 들어, 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(100)는 컬러 광센서로 지칭될 수 있다.For example, a filter-free bilateral majority carrier type color photosensor 100 may be referred to as a color photosensor.

일례로, 제1 접합 영역(110) 및 제2 접합 영역(120) 중 어느 하나의 접합 영역은, BOX(buried oxide) 층(101), BOX(buried oxide) 층(101) 상에 위치하는 디바이스층(102), 디바이스층(102) 상에 위치하는 삽입층(104) 및 삽입층(104) 상에 위치하는 그래핀층(106)을 포함한다.For example, one of the first bonding region 110 and the second bonding region 120 is a buried oxide (BOX) layer 101, a device located on the buried oxide (BOX) layer 101. It includes a layer 102, an insertion layer 104 located on the device layer 102, and a graphene layer 106 located on the insertion layer 104.

본 발명의 일실시예에 따르면, 공백 영역(130)은 BOX(buried oxide) 층(101), BOX(buried oxide) 층(101) 상에 위치하는 디바이스층(102), 디바이스층(102) 상에 표면 처리 산화물층(103) 및 표면 처리 산화물층의 일부분에 위치하는 그래핀층(106)을 포함한다.According to one embodiment of the present invention, the blank area 130 is a buried oxide (BOX) layer 101, a device layer 102 located on the buried oxide (BOX) layer 101, and a device layer 102 located on the buried oxide (BOX) layer 101. It includes a surface-treated oxide layer 103 and a graphene layer 106 located in a portion of the surface-treated oxide layer.

일례로, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(100)는 제1 접합 영역(110) 및 제2 접합 영역(120) 각각의 측면 부분에서 금속 전극(105)을 더 포함할 수 있다.For example, the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor 100 according to an embodiment of the present invention includes a metal electrode 105 at each side portion of the first bonding region 110 and the second bonding region 120. More may be included.

본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(100)는 광이 입사하는 경우에, 제1 인터페이스(IS-1)에서의 광 전류 생성 값과 제3 인터페이스(IS-3)에서의 광 전류 생성 값의 차이에 기반하여 입사하는 광의 컬러를 검출할 수 있다.The filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor 100 according to an embodiment of the present invention has a photo current generation value at the first interface (IS-1) and a third interface (IS-3) when light is incident. ) The color of incident light can be detected based on the difference in the photo current generation value.

일례로, 제1 접합 영역(110) 및 제2 접합 영역(120) 중 어느 하나의 접합 영역은, 제1 접합 영역(110)이 순방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역(120)이 역방향 바이어스 인 경우와 제1 접합 영역(110)이 역방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역(120)이 순방향 바이어스 인 경우 각각에서 제1 인터페이스(IS-1)에 기반하여 입사하는 광의 파장에 따른 제1 광 전류를 생성할 수 있다.For example, in one of the first junction region 110 and the second junction region 120, when the first junction region 110 is forward biased and the second junction region 120 is reverse biased, When the first junction region 110 is reverse biased and the second junction region 120 is forward biased, a first photo current is generated according to the wavelength of incident light based on the first interface IS-1. can do.

또한, 공백 영역(130)은 제1 접합 영역(110)이 순방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역(120)이 역방향 바이어스 인 경우와 제1 접합 영역(110)이 역방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역(120)이 순방향 바이어스 인 경우 각각에서 제3 인터페이스(IS-3)에 기반하여 입사하는 광의 파장에 따른 제2 광 전류를 생성할 수 있다.In addition, the blank area 130 is formed when the first junction area 110 is forward biased, the second junction area 120 is reverse biased, and the first junction area 110 is reverse biased, and the second junction area ( When 120) is a forward bias, a second photo current according to the wavelength of incident light can be generated based on the third interface IS-3.

본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(100)는 입사하는 광의 파장에 따라 제1 광전류에 비하여 제2 광전류가 감소되고, 입사하는 광의 파장에 따라 제1 광전류와 제2 광전류 간의 차이가 존재함에 따라 입사하는 광의 컬러를 검출할 수 있다.In the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor 100 according to an embodiment of the present invention, the second photocurrent is reduced compared to the first photocurrent depending on the wavelength of the incident light, and the first photocurrent and the second photocurrent are reduced according to the wavelength of the incident light. As there is a difference between the two photocurrents, the color of the incident light can be detected.

따라서, 본 발명은 수소와 산소를 사용하여 실리콘 표면의 패시베이션(passivation)하고, 이 패시베이션이 그래핀과 얇은 실리콘으로 구성된 연속 쇼트키 접합(Schottky junction)이 사용된 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 신호 증폭과 양방향 동작에서 시너지 효과를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention uses hydrogen and oxygen to passivate the silicon surface, and this passivation is a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor using a continuous Schottky junction composed of graphene and thin silicon. can provide synergy effects in signal amplification and bidirectional operation.

또한, 본 발명은 컬러 광센서에서 쇼트키 배리어로 동작하는 삽입층을 접합 영역에 원자 크기(atomic scale)의 두께로 형성함에 따라 누설 전류(leakage current)의 발생량을 감소시켜 온 오프율(on/off ratio)을 향상시키고, 결함 상태(defect state)를 감소시킬 수 있다.In addition, the present invention reduces the amount of leakage current generated by forming an insertion layer that acts as a Schottky barrier in the color optical sensor with an atomic scale thickness in the junction area, thereby reducing the on/off rate (on/off rate). off ratio can be improved and defect states can be reduced.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 단면을 설명하는 도면이다.Figure 2 is a diagram illustrating a cross section of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 도 1에서 설명된 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 단면을 예시한다.FIG. 2 illustrates a cross-section of the filter-free double-sided majority carrier type color photosensor illustrated in FIG. 1 according to one embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(200)는 제1 인터페이스(210), 제2 인터페이스(220) 및 제3 인터페이스(230)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor 200 according to an embodiment of the present invention includes a first interface 210, a second interface 220, and a third interface 230. .

제1 인터페이스(210)는 제1 접합 영역 및 제2 접합 영역 중 어느 하나의 접합 영역에 포함되는 삽입층과 디바이스층 간에 인터페이스일 수 있다.The first interface 210 may be an interface between the device layer and an insertion layer included in any one of the first and second bonding regions.

제2 인터페이스(220)는 제1 접합 영역 및 제2 접합 영역 중 어느 하나의 접합 영역 및 공백 영역에 포함되는 BOX(buried oxide) 층과 디바이스층 간에 인터페이스일 수 있다.The second interface 220 may be an interface between a device layer and a buried oxide (BOX) layer included in one of the first and second junction areas and a blank area.

제3 인터페이스(230)는 공백 영역에 포함되는 표면 처리 산화물층과 디바이스층 간에 인터페이스일 수 있다.The third interface 230 may be an interface between the surface-treated oxide layer included in the blank area and the device layer.

본 발명의 일실시예에 따른 디바이스층을 형성하는 실리콘의 두께는 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛일 수 있다.The thickness of silicon forming the device layer according to an embodiment of the present invention may be 0.5 ㎛ to 3 ㎛.

도 1에서 설명된 바와 같이 접합 영역에서 실리콘의 표면 패시베이션이 수행되어 삽입층이 추가된다.Surface passivation of the silicon is performed in the junction region as illustrated in Figure 1 to add an intercalating layer.

공백 영역의 경우 전도 채널 실리콘은 스퍼터 증착 산화물로 덮여 있고, 결과적으로 고유한 인터페이스인 제3 인터페이스(230)가 생성될 수 있다.In the case of the blank region, the conductive channel silicon is covered with sputter-deposited oxide, and as a result, a third interface 230, which is a unique interface, can be created.

본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(200)는 수소를 사용하여 나중에 그래핀과 접합부를 형성하는 실리콘 표면을 의도적으로 패시베이션한다.The filter-free bilateral majority carrier type color optical sensor 200 according to one embodiment of the present invention uses hydrogen to intentionally passivate the silicon surface that later forms a junction with graphene.

패시베이션은 광 발생 캐리어 손실과 SBH의 변조 효율을 방해하는 중요한 역할을 하는 계면 결함 상태(defect state)를 최소화하기 위해 수행될 수 있고, 그 후, 추가 패시베이션이 산소로 수행될 수 있다.Passivation can be performed to minimize photogenerated carrier losses and interfacial defect states, which play a significant role in hindering the modulation efficiency of the SBH, and then further passivation can be performed with oxygen.

실리콘 표면의 패시베이션 후 원하는 절연 터널링 장벽이 성장될 수 있다.After passivation of the silicon surface, the desired insulating tunneling barrier can be grown.

제1 접합 영역 및 제2 접합 영역에서 계면 결함 상태와 효율적인 SBH 변조를 줄일 수 있다.Interfacial defect states and efficient SBH modulation can be reduced in the first junction region and the second junction region.

한편, 공백 영역은 채널에 스퍼터 증착 처리된 산화물층의 산화물 전하 상태 및/또는 채널 사이에 트랩된 전하 상태에 의해 생성된 필드에 의해 패시베이션될 수 있다.Meanwhile, the void region may be passivated by a field generated by the oxide charge state of the oxide layer sputter-deposited on the channel and/or the charge state trapped between the channels.

따라서, 본 발명은 삽입층(insertion layer) 및 투명도가 높고 전하 캐리어 이동도가 높은 그래핀을 이용한 BTB(back-to-back) 쇼트키 다이오드를 기반으로 하는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention provides a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor based on a back-to-back (BTB) Schottky diode using an insertion layer and graphene with high transparency and high charge carrier mobility. can be provided.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 측정되는 암전류(dark current) 특성을 설명하는 도면이다.Figure 3 is a diagram illustrating dark current characteristics measured in a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 1에서 설명된 구조의 암 상태에서 얻어지는 전류-전압 특성을 예시한다.Figure 3 illustrates the current-voltage characteristics obtained in the dark state of the structure described in Figure 1.

도 3을 참고하면, 그래프(300)는 제1 접합 영역(Junction L)이 순방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역(Junction R)이 역방향 바이어스인 영역(301)과 제1 접합 영역(Junction L)이 역방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역(Junction R)이 순방향 바이어스인 영역(302)을 예시한다.Referring to FIG. 3, the graph 300 shows a region 301 and a first junction region (Junction L) where the first junction region (Junction L) is forward biased and the second junction region (Junction R) is reverse biased. This illustrates the region 302 where the region is reverse biased and the second junction region (Junction R) is forward biased.

다시 말해, 도 3에 표시된 암전류-전압(I-V) 특성에는 표시된 대로 두 개의 편향점이 있고, 하나는 음의 바이어스 전압 영역(301)에 있고 다른 하나는 양의 바이어스 전압 영역(302)에 있다.In other words, the dark current-voltage (I-V) characteristic shown in Figure 3 has two bias points as indicated, one in the negative bias voltage region 301 and the other in the positive bias voltage region 302.

편향점 이전의 낮은 바이어스 전압 영역에서 전류는 바이어스 극성 영역 모두에서 바이어스 전압의 크기에 따라 거의 선형으로 약간 비대칭적으로 증가한다.In the low bias voltage region before the deflection point, the current increases almost linearly and slightly asymmetrically with the magnitude of the bias voltage in both bias polarity regions.

편향점 이전의 전류-전압 특성은 나중에 보여지는 것처럼 순방향 바이어스 접합의 전압 종속 접합 매개변수와 IR 손실에 따라 달라질 수 있다.The current-voltage characteristics before the deflection point can vary depending on the voltage-dependent junction parameters and IR losses of the forward-biased junction, as shown later.

편향점은 역 바이어스 접합의 SBH가 전류-전압 특성을 지배하기 시작하는 시작 전압에 해당할 수 있다.The deflection point may correspond to the starting voltage at which the SBH of the reverse bias junction begins to dominate the current-voltage characteristics.

각 바이어스 극성에 따른 편향점 사이의 차이는 제1 접합 영역과 제2 접합 영역 사이의 접합 특성의 약간의 차이를 나타낼 수 있다.The difference between the bias points for each bias polarity may indicate a slight difference in bonding characteristics between the first bonding region and the second bonding region.

여기에는 그래핀과 실리콘 사이의 약간 비대칭적인 계면 특성이 포함될 수 있고, 평형 상태에서 삽입층 두께의 약간의 변화가 존재할 수 있다.This may include slightly asymmetric interfacial properties between graphene and silicon, and there may be slight variations in the thickness of the intercalating layer at equilibrium.

이상적으로는 전류가 편향점을 넘어 바이어스 전압으로 일정할 것으로 예상되나, 암전류 곡선은 포화되지 않으며, 이는 다음 섹션에서 볼 수 있듯이 전압 종속 SBH(Φ_B)가 지속적으로 낮아지는 것을 나타낼 수 있다.Ideally, the current is expected to be constant with the bias voltage beyond the deflection point, but the dark current curve does not saturate, which may indicate a continuous lowering of the voltage-dependent SBH(Φ _B ), as seen in the next section.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 에너지 밴드 구조 및 암전류(dark current)로부터 계산한 쇼트키 배리어 높이의 변화를 설명하는 도면이다.FIGS. 4A to 4D are diagrams illustrating changes in Schottky barrier height calculated from the energy band structure and dark current of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 평형 상태의 에너지 밴드 구조를 예시하고, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 평형 상태의 바이어스 하의 에너지 밴드 구조를 예시한다.Figure 4a illustrates the energy band structure in the balanced state of the unfiltered double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention, and Figure 4b illustrates the unfiltered double-sided majority carrier type color light sensor according to an embodiment of the present invention. The energy band structure under bias in the sensor's equilibrium state is illustrated.

도 4c는 도 4b에서 설명된 에너지 밴드 구조에 따른 제1 접합 영역에서의 쇼트키 배리어 높이의 변화를 예시하고, 도 4d는 제2 접합 영역에서의 쇼트키 배리어 높이의 변화를 예시한다.FIG. 4C illustrates the change in Schottky barrier height in the first junction region according to the energy band structure described in FIG. 4B, and FIG. 4D illustrates the change in Schottky barrier height in the second junction region.

도 4a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 밴드 구조(400)는 제1 접합 영역과 제2 접합 영역 그리고 디바이스층(401)과 삽입층(402) 그리고 그래핀층(403)에 기반한 에너지 밴드 구조를 나타낸다.Referring to FIG. 4A, the energy band structure 400 according to an embodiment of the present invention is based on a first junction region, a second junction region, a device layer 401, an insertion layer 402, and a graphene layer 403. Shows the energy band structure.

도 4b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 밴드 구조(410)는 제1 접합 영역과 제2 접합 영역 그리고 디바이스층(411)과 삽입층(412) 그리고 그래핀층(413)에 기반한 에너지 밴드 구조를 나타낸다.Referring to Figure 4b, the energy band structure 410 according to an embodiment of the present invention is based on a first junction region, a second junction region, a device layer 411, an insertion layer 412, and a graphene layer 413. Shows the energy band structure.

본 발명의 일실시예에 따른 에너지 밴드 구조(400)는 다수 캐리어 유형의 백투백 쇼트키 접합을 형성한다.The energy band structure 400 according to an embodiment of the present invention forms a back-to-back Schottky junction of the majority carrier type.

본 발명의 일실시예에 따른 에너지 밴드 구조(410)는 바이어스(V > 0)가 적용되면, 제1 접합 영역은 역방향(Reverse) 바이어스되고 제2 접합 영역은 순방향(Forward) 바이어스될 수 있다.When a bias (V > 0) is applied to the energy band structure 410 according to an embodiment of the present invention, the first junction region may be reverse biased and the second junction region may be forward biased.

예를 들어, 순방향으로 편향된 제2 접합 영역에 있는 그래핀층(413)의 페르미 준위(Fermi level)는 위쪽으로 이동할 수 있다.For example, the Fermi level of the graphene layer 413 in the second junction region biased in the forward direction may move upward.

한편, 역 바이어스된 제1 접합 영역에 있는 그래핀의 페르미 준위는 실리콘의 가전자대 가장자리로 아래쪽으로 이동할 수 있다.Meanwhile, the Fermi level of graphene in the reverse biased first junction region can move downward to the edge of the valence band of silicon.

이는 삽입층(412)에 작용하는 산화물 전압(V_ox)과 그래핀의 페르미 준위 이동(G)에 기인하고, 여기서 q(= e)는 전자의 기본 전하일 수 있다.This is due to the oxide voltage (V _ox ) acting on the insertion layer 412 and the Fermi level shift (G) of graphene, where q (= e) may be the basic charge of the electron.

결과적으로, 다수 캐리어에 대한 에너지 장벽 높이(Φ_B)는 △V_ox및 V_G으로 표시된 삽입층(412)과 그래핀층(413)에 작용하는 전압에 의해 초기 SBH 에서 수정될 수 있다.As a result, the energy barrier height Φ _B for majority carriers can be modified at the initial SBH by the voltages acting on the insertion layer 412 and the graphene layer 413, denoted as ΔV _ox and V _G .

하기 수학식 1은 에너지 장벽 높이를 설명한다.Equation 1 below describes the energy barrier height.

[수학식 1][Equation 1]

수학식 1에서, +(-)는 순방향(역방향) 바이어스 접합이고 q△V_ox = α_oxV로 정의 될 수 있다.In Equation 1, +(-) is a forward (reverse) bias junction and can be defined as q△V _ox = α _ox V.

절연 계면층에 작용하는 전압은 적용된 바이어스 전압 V의 선형 응답 함수일 것으로 예상된다.The voltage acting on the insulating interfacial layer is expected to be a linear response function of the applied bias voltage V.

한편, 그래핀층(413)에 작용하는 전압은 인가된 바이어스 전압의 제곱근에 비례하는 라고, 가정하면 계수 α_OX 및 α_G의 단위는 각각 기본 전하(q) 및 일 수 있다.Meanwhile, the voltage acting on the graphene layer 413 is proportional to the square root of the applied bias voltage. Assuming that the units of the coefficients α _OX and α _G are the elementary charge (q) and It can be.

약간 비대칭적인 특성을 갖는 I-V 특성을 준수하기 위해 외부 없이 초기 SBH()및 SBH()일 수 있다. 여기서, 접합은 각각 순방향 바이어스와 역방향 바이어스가 될 수 있다.In order to comply with the IV characteristics with slightly asymmetric characteristics, the initial SBH (without external ) and SBH ( ) can be. Here, the junctions can be forward biased and reverse biased, respectively.

수학식 1에서 순방향 접합에서의 에너지 장벽 높이는 수학식 2로 표현될 수 있다.In Equation 1, the energy barrier height at the forward junction can be expressed as Equation 2.

[수학식 2][Equation 2]

한편, 역방향 바이어스 접합에서의 에너지 장벽 높이에 대한 수학식 3으로 표현될 수 있다.Meanwhile, the energy barrier height in the reverse bias junction can be expressed as Equation 3.

[수학식 3][Equation 3]

수학식 2 및 3에서 계수 및은 모두 양수 이다.Coefficients in equations 2 and 3 and are all positive numbers.

순방향 바이어스 접합의 에너지 장벽 높이 Φ_BF는 바이어스가 증가함에 따라 증가하는 도 4d의 그래프(430)에서 확인할 수 있고, 역방향 바이어스 접합의 에너지 장벽 높이 Φ_BR는 억제되는 것을 도4c의 그래프(420)에서 확인할 수 있다.It can be seen from the graph 430 in FIG. 4D that the energy barrier height Φ _BF of the forward biased junction increases as the bias increases, and the energy barrier height Φ _BR of the reverse biased junction is suppressed in the graph 420 of FIG. 4C. You can check it.

그래프(420)는 음의 바이어스 전압 영역(421)을 나타내고, 양의 바이어스 전압 영역(422)을 나타낸다.The graph 420 represents a negative bias voltage region 421 and a positive bias voltage region 422.

그래프(430)는 음의 바이어스 전압 영역(431)을 나타내고, 양의 바이어스 전압 영역(432)을 나타낸다.The graph 430 represents a negative bias voltage region 431 and a positive bias voltage region 432.

수정된 쇼트키 열이온 방출 이론에 기초하여 얇은 터널링 장벽이 있는 단일 쇼트키 접합의 전류 밀도-전압(J-V) 특성은 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.Based on the modified Schottky thermionic emission theory, the current density-voltage (J-V) characteristics of a single Schottky junction with a thin tunneling barrier can be expressed as Equation 4.

[수학식 4][Equation 4]

수학식 4에서, A*[Acm^-2K^-2]는 유효 리차드슨(Richardson) 상수일 수 있고, T[K]는 온도일 수 있으며, ξ[eV]는 터널링에 대한 유효 장벽 높이를 나타낼 수 있고, d[]은 삽입된 터널링 층의 두께를 나타낼 수 있다. 또한, η는 단위가 없는 이상 요인일 수 있다.In Equation 4, A*[Acm ^-2 K ^-2 ] can be the effective Richardson constant, T[K] can be the temperature, and ξ[eV] can represent the effective barrier height for tunneling. There is, d[ ] may represent the thickness of the inserted tunneling layer. Additionally, η may be an anomaly factor without units.

수학식 4에 기반하여 두 접합의 기여도를 고려한 연속 쇼트키 다이오드의 총 전류 밀도(J_T)는 수학식 5로 나타낼 수 있다.Based on Equation 4, the total current density (J _T ) of the continuous Schottky diode considering the contribution of the two junctions can be expressed as Equation 5.

[수학식 5][Equation 5]

수학식 5에서, 순방향 접합(J_R) 및 역방향 바이어스 접합(J_F)에서의 포화 전류 밀도는 각각 수학식 6 및 7과 같이 정의될 수 있다.In Equation 5, the saturation current densities at the forward junction (J _R ) and reverse bias junction (J _F ) can be defined as Equations 6 and 7, respectively.

[수학식 6][Equation 6]

[수학식 7][Equation 7]

수학식 6 및 7에 대해 ΦB_F 및 ΦB_R을 추정할 때 직렬 저항으로 인한 IR 손실을 설명하기 위해 적용된 바이어스 대신 V_S (=V-IR_S)을 도입할 수 있다. 여기서, 직렬 저항 _S은 7.600kΩ으로 추정될 수 있다.When estimating ΦB _F and ΦB _R for equations 6 and 7, V _S (=V-IR _S ) can be introduced instead of the applied bias to account for IR losses due to series resistance. Here, the series resistance _S can be estimated to be 7.600kΩ.

수학식 5의 순 전압 V_NET 은 그래핀과 각 접합의 절연 삽입층에서의 바이어스 소비를 제외하고 수학식 8의 정의를 따를 수 있다.The forward voltage V _NET of Equation 5 can follow the definition of Equation 8, excluding bias consumption in the graphene and the insulating insertion layer of each junction.

[수학식 8][Equation 8]

수학식 8을 바탕으로 SBH가 전압에 따라 변하고 SBH가 1인 이상계수(η)를 1로 설정하더라도 도 3의 실험 암전류-전압 특성곡선은 수학식 5와 일치한다. 수학식 5의 결과는 도 3의 그래프(300)에서 빨간 점선으로 표시되었다.Based on Equation 8, even if SBH changes depending on voltage and the ideality coefficient (η) where SBH is 1 is set to 1, the experimental dark current-voltage characteristic curve in FIG. 3 is consistent with Equation 5. The result of Equation 5 is displayed as a red dotted line in the graph 300 of FIG. 3.

위에서 언급했듯이 편향점에서의 전류는 ΦSBH_0,R [eV]에 크게 의존한다. 편향점 이전의 I-V 특성은 Φ_BF의 전압 종속 SBH에 의존하는 것을 수학식 2를 통해 확인할 수 있다.As mentioned above, the current at the deflection point strongly depends on ΦSBH_0,R [eV]. It can be confirmed through Equation 2 that the IV characteristics before the deflection point depend on the voltage-dependent SBH of Φ _BF .

편향점 이후의 I-V 특성은 Φ_BR의 전압 종속 SBH에 의존하는 것을 수학식 3에 기반하여 확인할 수 있다.It can be confirmed based on Equation 3 that the IV characteristics after the deflection point depend on the voltage-dependent SBH of Φ _BR .

이상계수가 1인 경우에도 거의 완벽한 피팅은 전압 의존 SBH와 직렬 저항으로 인한 전압 손실을 고려할 때 결함 상태를 최소화하여 인터페이스 상태가 잘 최적화되었음을 나타낸다.Even when the ideality coefficient is 1, the almost perfect fit indicates that the interface state is well optimized by minimizing fault states when considering voltage-dependent SBH and voltage losses due to series resistance.

상술한 수학식들에 기반하여 컬러 광센서의 I-V 특성에 대하여 적합한 매개변수(parameter)를 도출할 수 있다.Based on the above-mentioned equations, appropriate parameters for the I-V characteristics of the color optical sensor can be derived.

효과적인 터널링 장벽 높이 ξ는 3.1 eV로 설정될 수 있고, 순방향 바이어스 접합(Φ SBH_0,F) 및 역 바이어스 접합(Φ SBH_0,R)에 대한 평형에서 추출된 SBH는 각각 0.232 eV 및 0.201 eV일 수 있다.The effective tunneling barrier height ξ can be set to 3.1 eV, and the extracted SBH at equilibrium for the forward bias junction (Φ SBH_0,F) and reverse bias junction (Φ SBH_0,R) can be 0.232 eV and 0.201 eV, respectively. .

제1 접합 영역 및 제2 접합 영역의 계면층 두께는 예상한 대로 각각 6.79 및 6.48 로 추정될 수 있다.The interfacial layer thicknesses of the first and second bonded regions are respectively 6.79, as expected. and 6.48 It can be estimated as

이는 도 3의 그래프(300)에 표시된 I-V 곡선의 비대칭으로 표시되는 접합 매개변수에 약간의 비대칭이 있음을 나타낸다.This indicates that there is some asymmetry in the bonding parameters, indicated by the asymmetry of the I-V curve shown in graph 300 of Figure 3.

계면층은 원자 규모로 형성되었으며 그 두께는 두 접합 영역에서 비교적 균일할 수 있다.The interfacial layer is formed at the atomic scale and its thickness can be relatively uniform across the two junction regions.

광이 비춰지지 않는 어두운 조건에서 수학식 2 및 3은 도 4c 및 도 4d의 그래프(420) 및 그래프(430)에 따라 추출된 전압 종속 SBH는 인가된 바이어스 전압에 따라 역방향 바이어스 접합의 SBH가 감소하는 반면 순방향 바이어스 접합의 SBH는 동시에 증가함을 확인할 수 있다.In dark conditions where light is not illuminated, Equations 2 and 3 show that the voltage-dependent SBH extracted according to the graphs 420 and 430 of FIGS. 4C and 4D shows that the SBH of the reverse bias junction decreases according to the applied bias voltage. On the other hand, it can be seen that the SBH of the forward bias junction increases simultaneously.

이것은 도 4b에 표시된 에너지 밴드 구조(410)를 따르고, 실리콘 밴드는 역 바이어스 접합에서 아래로 구부러 지지만 순 바이어스 접합에서 위로 구부러질 수 있다.This follows the energy band structure 410 shown in Figure 4b, where the silicon band bends downward in a reverse bias junction but can bend upward in a forward bias junction.

본 발명의 일실시예에 따르면, 컬러 광센서는 금속 전극을 통해 인가되는 전압이 0보다 클 경우 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 되고, 제2 접합 영역이 순방향 바이어스가되며, 금속 전극을 통해 인가되는 전압이 0보다 작을 경우 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 되고, 제2 접합 영역이 역방향 바이어스가되며, 순방향 바이어스에서는 쇼트키 장벽 높이(Schottky Barrier Height, SBH)가 증가하고, 역방향 바이어스에서는 쇼트키 장벽 높이가 감소할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when the voltage applied through the metal electrode of the color optical sensor is greater than 0, the first junction region becomes reverse biased, the second junction region becomes forward biased, and the voltage applied through the metal electrode becomes reverse biased. When the voltage is less than 0, the first junction area becomes forward biased, and the second junction area becomes reverse biased. In the forward bias, the Schottky Barrier Height (SBH) increases, and in the reverse bias, the Schottky Barrier Height (SBH) increases. may decrease.

따라서, 본 발명은 삽입층(insertion layer)의 페르미 레벨 조정성을 효율적으로 활용하여 쇼트키 장벽 높이(Schottky barrier height, SBH) 변조 비율을 높여 입사광에 대한 응답성을 향상된 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention efficiently utilizes the Fermi level tunability of the insertion layer to increase the Schottky barrier height (SBH) modulation ratio, thereby improving the response to incident light. An optical sensor can be provided.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 단일 접합 영역에 광이 비추는 모델을 설명하는 도면이다.FIGS. 5A to 5D are diagrams illustrating a model in which light is illuminated on a single junction region in a filter-free double-sided majority carrier type color photosensor according to an embodiment of the present invention.

도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 제1 접합 영역에만 광이 비추는 모델을 예시하고, 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 제2 접합 영역에만 광이 비추는 모델을 예시한다.Figure 5a illustrates a model in which light shines only on the first junction region in a filter-free, both-side majority carrier type color photosensor according to an embodiment of the present invention, and Figure 5b illustrates a model where light is illuminated only on the first junction region, according to an embodiment of the present invention. A model in which light shines only on the second junction area in a type color optical sensor is illustrated.

도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 제1 접합 영역에만 광이 비추는 모델에서 바이어스 전압이 인가되는 동안 밝은 색상의 종속 피크 분포를 그래프를 통해 예시하고, 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 제2 접합 영역에만 광이 비추는 모델에서 바이어스 전압이 인가되는 동안 밝은 색상의 종속 피크 분포를 그래프를 통해 예시한다.FIG. 5C graphically illustrates the distribution of dependent peaks of bright colors while a bias voltage is applied in a model in which light shines only on the first junction region in a filter-free double-sided majority carrier type color photosensor according to an embodiment of the present invention; FIG. 5D graphically illustrates the dependent peak distribution of bright colors while a bias voltage is applied in a model in which light shines only on the second junction region in a filter-free, double-sided majority carrier type color photosensor according to an embodiment of the present invention.

도 5a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(500)에 마스크(501)에 기반하여 광(502)이 제1 접합 영역에만 조사된다.Referring to FIG. 5A, light 502 is irradiated only to the first junction area based on the mask 501 to the filter-free double-sided majority carrier type color photosensor 500 according to an embodiment of the present invention.

광(502)은 적색, 녹색 및 청색 광으로 구성된다.Light 502 consists of red, green, and blue lights.

디바이스층(503)에서는 적색, 녹색 및 청색 광의 포토 캐리어가 운송하는 방향과 각 포토캐리어의 이동 거리를 나타내고, "+"는 정공이고, "-"는 전자를 나타낸다.In the device layer 503, the direction in which the photo carriers of red, green, and blue light are transported and the moving distance of each photo carrier are indicated, where “+” indicates a hole and “-” indicates an electron.

도 5b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(510)에 마스크(511)에 기반하여 광(512)이 제2 접합 영역에만 조사된다.Referring to FIG. 5B, light 512 is irradiated only to the second junction area based on the mask 511 to the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor 510 according to an embodiment of the present invention.

광(512)은 적색, 녹색 및 청색 광으로 구성된다.Light 512 consists of red, green, and blue lights.

디바이스층(513)에서는 적색, 녹색 및 청색 광의 포토 캐리어가 운송하는 방향과 각 포토캐리어의 이동 거리를 나타내고, "+"는 정공이고, "-"는 전자를 나타낸다.In the device layer 513, the direction in which the photo carriers of red, green, and blue light are transported and the moving distance of each photo carrier are indicated, “+” indicates a hole, and “-” indicates an electron.

도 5c의 그래프(520)를 참고하면, 음의 바이어스 전압 영역(521)을 나타내고, 양의 바이어스 전압 영역(522) 나타낸다.Referring to the graph 520 of FIG. 5C, a negative bias voltage area 521 is shown and a positive bias voltage area 522 is shown.

도 5d의 그래프(530)를 참고하면, 음의 바이어스 전압 영역(531)을 나타내고, 양의 바이어스 전압 영역(532) 나타낸다.Referring to the graph 530 of FIG. 5D, a negative bias voltage area 531 is shown and a positive bias voltage area 532 is shown.

그래프(520) 및 그래프(530)에서 625nm(빨간색), 530nm(녹색) 및 455nm(파란색)의 세 가지 다른 파장 조명 제1 접합 영역 및 제2 접합 영역에 대하여 나타내고, 얇은 검은색 곡선은 암전류를 나타낼 수 있다.In graphs 520 and 530, three different wavelength illumination of 625 nm (red), 530 nm (green), and 455 nm (blue) are shown for the first and second junction regions, with the thin black curve representing the dark current. It can be expressed.

그래프(520)과 그래프(530)은 10nW의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광이 조사될 때, 접합 영역 및 바이어스 극성이 서로 다르지만 서로 광전류 측정 모양은 매우 유사하다.The graphs 520 and 530 have different junction areas and bias polarities when 10 nW of red (R), green (G), and blue (B) light is irradiated, but the photocurrent measurement shapes are very similar.

그래프(520)과 그래프(530)에 도시된 조명 하에서의 실험적 I-V 곡선은 또한 그래프(520)과 그래프(530)에서 점선으로 도시된 바와 같이 수학식 5를 사용하여 적합화될 수 있다.The experimental I-V curves under illumination shown in graphs 520 and 530 can also be fit using Equation 5, as shown in dashed lines in graphs 520 and 530.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 RGB 파장에서 생성되는 광전류 및 응답도를 설명하는 도면이다.Figures 6a and 6b are diagrams illustrating photocurrent and responsivity generated at RGB wavelengths in an unfiltered double-sided majority carrier type color photosensor according to an embodiment of the present invention.

도 6a 의 그래프(600)는 그래프(520)에 기반한 광전류 및 응답도를 예시하고, 도 6b 의 그래프(610)는 그래프(530)에 기반한 광전류 및 응답도를 예시한다.Graph 600 in FIG. 6A illustrates photocurrent and responsiveness based on graph 520, and graph 610 in FIG. 6B illustrates photocurrent and responsiveness based on graph 530.

그래프(600)와 그래프(610)의 광전류 스펙트럼은 빛이 각각 그래프(600)의 제1 접합 영역과 그래프(610)의 제2 접합 영역에서 양쪽 바이어스 접합 극성에 대해 조명될 때에도 거의 서로 유사하다.The photocurrent spectra of graph 600 and graph 610 are substantially similar to each other even when light is illuminated for both bias junction polarities at the first junction region of graph 600 and the second junction region of graph 610, respectively.

그래프(600)와 그래프(610)의 오른쪽 축에 해당하는 응답도 곡선의 모양은 그래프(600)와 그래프(610)에 함께 표시된 10nW의 주어진 입력 광 전력에 대한 광전류 곡선에 해당하는 왼쪽 축과 동일하다.The shape of the responsivity curve corresponding to the right axis of graph 600 and graph 610 is the same as the left axis corresponding to the photocurrent curve for a given input optical power of 10 nW shown together in graph 600 and graph 610. do.

광전류 및 광응답은 조명되는 접합, 접합 극성 및 암전류에 거의 의존하지 않는다.Photocurrent and photoresponse have little dependence on the illuminated junction, junction polarity, and dark current.

그래프(600)와 그래프(610)에 표시된 실험적 광전류(빛 조명으로 인한 전류 증가 ~ 200μA)가 100% 양자를 사용하더라도 10nW의 조명된 광출력에 대해 예상되는 광전류(~nA)보다 훨씬 높다는 것을 쉽게 알 수 있다.It is easy to see that the experimental photocurrent shown in graphs 600 and 610 (current increase due to light illumination ~200 μA) is much higher than the expected photocurrent (~nA) for an illuminated optical power of 10 nW even with 100% quantum. Able to know.

이 증폭은 주로 광학 SBH 변조를 나타내는 다수 캐리어 유형 그래핀-절연체-실리콘 광검출기의 고유 속성에 기인하며, 이는 수학식 5를 기반으로 피팅하여 그래프(420) 및 그래프(430)에 표시된 실험 I-V 곡선에서 추출하여 활용될 수 있다.This amplification is mainly due to the intrinsic properties of majority carrier type graphene-insulator-silicon photodetectors that exhibit optical SBH modulation, which can be obtained by fitting based on Equation 5 to the experimental I-V curves shown in graphs 420 and 430. It can be extracted and used.

청색광 조명에서의 응답성은 최대 2.0 Х 10⁴ A W^-1에 달하며, 그래프(600) 및 그래프(610)와 같이 적색 및 녹색 조명에서도 우수한 광 응답성을 나타낼 수 있다.The responsiveness under blue light lighting reaches a maximum of 2.0 Х 10 ⁴ AW ^-1 , and excellent light responsiveness can also be shown under red and green lighting as shown in graphs 600 and 610.

100% 양자 효율에서 예상되는 양과 비교하여 광전류 증가는 몇 자릿수 더 높을 수 있다.Compared to the amount expected at 100% quantum efficiency, the photocurrent increase can be several orders of magnitude higher.

채택된 바이어스 전압 범위 내에서 2.0 Х 10⁴ A W^-1의 가장 높은 응답성을 기반으로 하여 컬러 광센서의 비검출도 D* = √A/NEP 가 계산된다. 여기서, A[cm²]는 조명 영역이고 NEP[WHz^-1/2]는 노이즈 등가 전력일 수 있다.Based on the highest response of 2.0 Х 10 ⁴ AW ^-1 within the adopted bias voltage range, the specific detection degree of the color photosensor D* = √A/NEP is calculated. Here, A[cm ² ] may be the lighting area and NEP[WHz ^-1/2 ] may be noise equivalent power.

여기에서 는 으로 간주되며, 여기서 노이즈 전류는 기본 전하와 동일하다고 가정되고, 는 응답도[A W^-1]일 수 있다.Here is considered, where the noise current is assumed to be equal to the base charge, and can be the responsivity [AW ^-1 ].

이를 기반으로 추정되는 비검출성은 5V 및 청색광 조명에서 1.57Х10¹⁴cm Hz^1/2W^-1일 수 있다.Based on this, the estimated non-detection could be 1.57Х10 ¹⁴ cm Hz ^1/2 W ^-1 at 5V and blue light illumination.

예를 들어 증폭 메커니즘을 이해하기 위해 그래프(520)의 양의 바이어스 전압 영역(521)에 해당하는 도 5a를 고려해볼 수 있다.For example, to understand the amplification mechanism, one can consider Figure 5A, which corresponds to the positive bias voltage region 521 of graph 520.

역 바이어스된 제1 접합 영역에서 과잉 광생성 전자는 얇은 절연층 근처의 실리콘 영역에 축적될 수 있다.Excess photogenerated electrons in the reverse biased first junction region may accumulate in the silicon region near the thin insulating layer.

그런 다음 전압 유도 SBH 감소로 인해 얇은 절연층을 통해 제1 접합 영역(수직 수송)의 양으로 바이어스된 그래핀층으로 비교적 쉽게 터널링될 수있다.It can then relatively easily tunnel through the thin insulating layer into the positively biased graphene layer of the first junction region (vertical transport) due to the voltage-induced SBH reduction.

동시에, 광생성된 다수 캐리어인 정공은 역 바이어스된 제1 접합 영역에서 공백 영역을 통해 순방향으로 바이어스된 제2 접합 영역으로 전송되며, 이 공백 영역은 도 5a에서와 같이 디바이스층(측면 전송)일 수 있다.At the same time, the photogenerated majority carriers, holes, are transferred from the reverse biased first junction region through the void region to the forward biased second junction region, which will be the device layer (side transfer) as shown in Figure 5a. You can.

순방향 바이어스 접합(도 5a의 제2 접합 영역)에서 음으로 바이어스된 그래핀에 축적된 전자에 의해 풍부한 정공 공급이 진행될 수 있다.Abundant hole supply may occur due to electrons accumulated in negatively biased graphene at the forward bias junction (second junction region in FIG. 5A).

이 전자는 역 바이어스 접합에서 나온 정공과 재결합하여 제2 접합 영역의 절연층에서 순 전자와 바이어스 소비를 줄일 수 있다.These electrons can recombine with holes from the reverse bias junction to reduce net electron and bias consumption in the insulating layer of the second junction region.

광 생성된 과잉 홀은 제1 접합 영역에서 풍부하게 제공되기 때문에 이제 제2 접합 영역의 실리콘 영역에 자연적으로 축적되어 어두운 조건에 대해 순방향 바이어스 접합에서 SBH를 낮출 수 있다.Since photogenerated excess holes are available in abundance in the first junction region, they can now naturally accumulate in the silicon region of the second junction region, lowering the SBH in the forward bias junction for dark conditions.

이것은 도 7c의 조명 조건에서 더 큰 밴드 굽힘으로 표시될 수 있다.This can be indicated by larger band bending under the lighting conditions in Figure 7c.

제2 접합 영역에서 감소된 바이어스 소비는 총 인가된 바이어스의 재분배로 이어지며, 따라서 역 바이어스된 접합(이 경우 제1 접합 영역)에서 SBH를 추가로 낮추는 데 기여할 수 있다. 요컨대, 두 접합에서 광학적으로 유도된 SBH의 저하가 서로 결합될 수 있다.The reduced bias consumption in the second junction region can lead to a redistribution of the total applied bias, thus contributing to further lowering the SBH in the reverse biased junction (in this case the first junction region). In short, the optically induced degradation of SBH in both junctions can be coupled to each other.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 광유도 및 전압 의존적인 쇼트키 장벽 높이의 변화를 설명하는 도면이다.Figures 7A to 7C are diagrams illustrating light-induced and voltage-dependent changes in Schottky barrier height in a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 7a의 그래프(700)는 음의 바이어스 전압 영역(701)을 나타내고, 양의 바이어스 전압 영역(702)을 나타내며, 제1 접합에서의 적색광 조사 경우(703), 제1 접합에서의 녹색광 조사 경우(704) 및 제1 접합에서의 청색광 조사 경우(705)와 제2 접합에서의 적색광 조사 경우(706), 제2 접합에서의 녹색광 조사 경우(707) 및 제2 접합에서의 청색광 조사 경우(708)를 나타낸다.The graph 700 of FIG. 7A represents a negative bias voltage region 701, a positive bias voltage region 702, a case of red light irradiation at the first junction (703), and a case of green light irradiation at the first junction. (704) and the case of blue light irradiation at the first junction (705), the case of red light irradiation at the second junction (706), the case of green light irradiation at the second junction (707), and the case of blue light irradiation at the second junction (708) ).

도 7b의 그래프(710)는 음의 바이어스 전압 영역(711)을 나타내고, 양의 바이어스 전압 영역(712)을 나타내며, 제1 접합에서의 적색광 조사 경우(713), 제1 접합에서의 녹색광 조사 경우(714) 및 제1 접합에서의 청색광 조사 경우(715)와 제2 접합에서의 적색광 조사 경우(716), 제2 접합에서의 녹색광 조사 경우(717) 및 제2 접합에서의 청색광 조사 경우(718)를 나타낸다.The graph 710 of FIG. 7B represents a negative bias voltage region 711, a positive bias voltage region 712, a case of red light irradiation at the first junction (713), and a case of green light irradiation at the first junction. (714) and the case of blue light irradiation at the first junction (715), the case of red light irradiation at the second junction (716), the case of green light irradiation at the second junction (717), and the case of blue light irradiation at the second junction (718) ).

암 상태의 I-V 곡선에서 예상한 바와 같이 역 바이어스 접합의 SBH는 그래프(700) 및 그래프(710)에 검은색 곡선으로 표시된 것처럼 전압 종속 산화물 전압과 그래핀 페르미 준위로 인해 바이어스 전압으로 낮아질 수 있다.As expected from the dark state I-V curve, the SBH of the reverse bias junction can be lowered by the bias voltage due to the voltage dependent oxide voltage and the graphene Fermi level, as shown by the black curves in graphs 700 and 710.

밝은 조명 하에서 어두운 상태에 비해 제로 바이어스 전압에서도 상당한 SBH 저하가 있다.There is significant SBH degradation even at zero bias voltage compared to dark conditions under bright lighting.

이것은 내장 전위에서 분리된 광 발생 전자와 정공에 기인하고, 광 생성된 전자는 얇은 절연층을 통해 접합 전극으로 터널링된 다음 전선을 통해 상대 전극으로 이동하고 광 생성된 정공은 얇은 절연층과의 계면에 축적될 수 있다.This is due to the photogenerated electrons and holes being separated at the built-in potential, the photogenerated electrons are tunneled through the thin insulating layer to the junction electrode and then travel through the wire to the counter electrode, and the photogenerated holes are at the interface with the thin insulating layer. can accumulate in

이것은 양쪽 접합에서 초기 밴드 굽힘을 평평하게 하여 초기 내장 전압을 줄일 수 있다.This flattens the initial band bend at both junctions, which can reduce the initial built-in voltage.

또한, 전하 분리는 산화물 전압의 발달과 그래핀 페르미 레벨 이동을 유도하고 그 결과 광 조명 전의 SBH와 비교하여 두 접합에서 SBH가 낮아질 수 있다.Additionally, charge separation can lead to the development of the oxide voltage and the graphene Fermi level shift, resulting in a lower SBH at both junctions compared to the SBH before photo-illumination.

또한, SBH 감소는 그래프(700) 및 그래프(710)에 표시된 것처럼 조명된 빛의 파장에 따라 달라질 수 있다.Additionally, SBH reduction may vary depending on the wavelength of the illuminated light, as shown in graphs 700 and 710.

제로 바이어스 전압에서 SBH를 낮추는 것은 전자와 정공의 파장 의존적 흡수 및 생성비로 인해 조명된 빛의 파장에 크게 의존할 수 있다.Lowering the SBH at zero bias voltage can be strongly dependent on the wavelength of the illuminated light due to the wavelength-dependent absorption and production ratios of electrons and holes.

SBH는 바이어스 전압뿐 만 아니라 위에서 언급한 바와 같이 반대 방향으로 바이어스된 두 접합의 결합에 광이 조명되는 경우에도 낮아질 수 있다.SBH can be lowered not only by the bias voltage, but also by illuminating the combination of two oppositely biased junctions as mentioned above.

더 높은 전자-정공 쌍 생성 비율은 더 많은 SBH 저하를 유도할 수 있다.A higher electron-hole pair generation rate can lead to more SBH degradation.

이는 파장 의존적 흡수와 실리콘 디바이스층의 계면 특성에 기인한다.This is due to the wavelength-dependent absorption and the interfacial characteristics of the silicon device layer.

그래프(700) 및 그래프(710)에 따르면 어두운 형태와 비교하여 조명이 있을 때 두 접합에서 SBH가 감소한다.According to graphs 700 and 710, SBH decreases at both junctions in the presence of illumination compared to the dark form.

실리콘 표면에 삽입된 절연층이 적절한 두께(각각 제1 접합 영역 및 제2 접합 영역에서 6.79 및 6.48 )를 갖고 결함 상태의 수를 효율적으로 줄였다는 것일 수 있다.The insulating layer inserted into the silicon surface has an appropriate thickness (6.79 in the first and second bonding regions, respectively). and 6.48 ), it can be said that the number of defect states has been efficiently reduced.

두께는 누설 전류를 제어한다는 의미에서 적절할 뿐만 아니라 SBH 제어에 기여하는 이 두께에 걸친 바이어스 소비를 제어할 수 있다.The thickness is not only appropriate in the sense of controlling the leakage current, but also allows controlling the bias consumption across this thickness which contributes to SBH control.

도 7c는 본 발명의 일실시예에 따라 순방향 바이어스 접합에서 밴드 굽힘에 의해 유발된 광 유도 전압 재분배로 인한 어두운 상태와 비교하여 광 조명 하에서 SBH 변조 메커니즘을 예시한다.Figure 7C illustrates the SBH modulation mechanism under light illumination compared to the dark state due to light-induced voltage redistribution caused by band bending in the forward bias junction according to one embodiment of the present invention.

도 7c를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 대한 에너지 밴드(720)는 바이어스가 인가되면 제1 접합 영역측으로 바이어스가 재분배되고, 제2 접합 영역 측으로 다수 캐리어가 공급되어 되는 것을 예시한다.Referring to FIG. 7C, when a bias is applied to the energy band 720 for the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention, the bias is redistributed toward the first junction region and toward the second junction region. This example illustrates that multiple carriers are supplied.

순방향 바이어스 접합의 에너지 장벽 높이(Φ_BF)와 역방향 바이어스 접합의 에너지 장벽 높이(Φ_BR)는 암(dark) 상태에 대비하여 광 조사 상태(ill)에서 줄어든다.The energy barrier height (Φ _BF ) of the forward bias junction and the energy barrier height (Φ _BR ) of the reverse bias junction are reduced in the light irradiation state (ill) compared to the dark state.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 포함되는 삽입층에 의한 결함 상태(defect state)에 대한 쇼트키 장벽 높이 변화를 설명하는 도면이다.FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating changes in Schottky barrier height for a defect state due to an insertion layer included in a filter-free double-sided majority carrier type color photosensor according to an embodiment of the present invention.

도 8a의 모델(800)과 같이 접합 계면에 결함 상태가 많은 경우 결함 상태에 의한 재결합이 높아진다.When there are many defect states at the bonding interface, as in model 800 of FIG. 8A, recombination due to defect states increases.

모델(800)은 결함 상태 및 SBH 변조에 대한 부정적인 영향으로 인한 페르미 준위의 고정을 나타낸다.Model 800 represents pinning of the Fermi level due to defect states and their negative impact on SBH modulation.

그 결과, 실리콘 밴드 벤딩, 산화물 전압 및 그래핀 페르미 준위 이동이 도 8b의 모델(810)의 경우보다 작을 것으로 예상된다.As a result, silicon band bending, oxide voltage, and graphene Fermi level shift are expected to be smaller than for model 810 in Figure 8b.

도 8b의 모델(810)은 결함 상태가 제거될 때 예상되는 것을 보여준다.Model 810 in Figure 8B shows what is expected when the fault condition is removed.

SBH 감소는 결함 상태가 없는 상태에서 효과적으로 달성되며 도 8b의 이 개념은 도 7c를 통해 추가 검증될 수 있다.SBH reduction is effectively achieved in the absence of fault conditions and this concept of Figure 8b can be further verified through Figure 7c.

모델(810)은 패시베이션 후 효율적인 SBH 변조를 나타낸다.Model 810 represents efficient SBH modulation after passivation.

모델(800)과 모델(810)을 비교하면, 페르미 준위 이동이 증가하고, 리설턴트(resultant) SBH가 감소한다.Comparing model 800 and model 810, the Fermi level shift increases and the resultant SBH decreases.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 포함되는 디바이스층의 두께 및 삽입층과 관련된 광응답 특성을 설명하는 도면이다.9A to 9C are diagrams illustrating optical response characteristics related to the thickness of the device layer and the insertion layer included in the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 9a는 접합 영역 사이의 공백 영역의 단면에 대한 주사 현미경 이미지(900)를 개시한다.FIG. 9A discloses a scanning microscopy image 900 of a cross-section of the blank area between bonded regions.

주사 현미경 이미지(900)를 살펴보면, 스퍼터 증착된 상부 산화물(1)이 ~ 500 nm의 두께를 가지고, SOI의 디바이스층(2)이 ~ 2.3 μm를 가지며, SOI의 BOX층(3)이 ~ 500 nm의 두께를 가지고, SOI의 처리층(4)이 위치한다.Looking at the scanning microscope image 900, the sputter-deposited top oxide (1) has a thickness of ~ 500 nm, the device layer of SOI (2) has a thickness of ~ 2.3 μm, and the BOX layer (3) of SOI has a thickness of ~ 500 nm. With a thickness of nm, a processing layer 4 of SOI is located.

도 9b는 각 파장, 625nm(빨간색), 530nm(녹색) 및 455nm(파란색)에서 전면으로부터 거리의 함수로서 광 생성 캐리어의 정규화된 생성 속도를 그래프(910)를 통해 개시한다.FIG. 9B discloses a graph 910 of the normalized generation rate of photogenerated carriers as a function of distance from the front surface at each wavelength, 625 nm (red), 530 nm (green), and 455 nm (blue).

조명 아래에서 SBH의 추정값은 조명의 파장이 짧을수록 낮아질 수 있다.Under lighting, the estimated value of SBH can be lower as the wavelength of the lighting is shorter.

주어진 광출력()에 대한 광자 플럭스(P/hV = λP/hc)는 파장(λ)에 따라 증가하고, 여기서 h는 플랑크 상수이고 c는 빛의 속도이다.For a given optical power (P/hV = λP/hc), the photon flux (P/hV = λP/hc) increases with wavelength (λ), where h is Planck's constant and c is the speed of light.

즉, 빛을 흡수하는 실리콘이 입사광을 완전히 흡수할 만큼 충분히 두꺼우면 주어진 광전력(P)에 대한 광전류는 에너지에 의해 결정되는 차단 파장을 충족하지 않는 한 파장에 따라 증가한다고 볼 수 있다. 이는 파장이 증가함에 따라 디바이스층의 흡수율이 감소함을 의미한다.In other words, if the light-absorbing silicon is thick enough to completely absorb the incident light, the photocurrent for a given optical power (P) can be seen to increase with wavelength unless it meets the cutoff wavelength determined by the energy. This means that the absorption rate of the device layer decreases as the wavelength increases.

625nm(적색), 530nm(녹색), 455nm(청색) 파장광에 대한 실리콘의 흡수계수는 각각 3.40×103, 7.85×10³, 2.33×10⁴[cm^-1]이며, 해당 흡수깊이는 2.94, 1.27로 추정된다. 2.94, 1.27 및 0.429 ㎛이다.The absorption coefficients of silicon for 625nm (red), 530nm (green), and 455nm (blue) wavelength light are 3.40×103, 7.85×10 ³ , and 2.33×10 ⁴ [cm ^-1 ], respectively, and the corresponding absorption depth is 2.94, It is estimated to be 1.27. 2.94, 1.27 and 0.429 μm.

이를 기반으로 100% 양자 효율에서 추정된 포토캐리어 생성 속도를 추정하고 정규화한 다음 도 9b의 그래프(910)와 같이 각 파장에서 조명 조명에 대한 실리콘 깊이의 함수인 하기 수학식 9로 나타낼 수 있다.Based on this, the photocarrier generation rate estimated at 100% quantum efficiency can be estimated and normalized, and then expressed as Equation 9 below, which is a function of the silicon depth for illumination at each wavelength, as shown in the graph 910 of FIG. 9B.

[수학식 9][Equation 9]

G = αN₀e^-αz G = αN ₀ e ^-αz

수학식 9에서, G는 생성률을 나타낼 수 있고, N₀는 유닛 볼륨에서 포톤 플럭스를 나타낼 수 있으며, α는 흡수 계수를 나타낼 수 있고, z는 매체(material) 간 거리를 나타낼 수 있다.In Equation 9, G may represent the production rate, N ₀ may represent the photon flux in the unit volume, α may represent the absorption coefficient, and z may represent the distance between materials.

주사 현미경의 이미지(900)에서 확인 되는 바와 같이 SOI의 평균 디바이스층은 ~ 0.18μm의 표준 편차를 가진 2.3μm 두께의 실리콘일 수 있다.As seen in image 900 of the scanning microscope, the average device layer of SOI may be 2.3 μm thick silicon with a standard deviation of ~0.18 μm.

그래프(910)에 따르면 이 두께로 디바이스층 내 청색광(파장 = 455nm)의 예상 흡수는 ~ 99.5%이다. 반면에 녹색광(파장 = 530nm)과 적색광(파장 = 625nm)에 대한 흡수는 각각 83.6%와 54.3%일 수 있다.According to graph 910, the expected absorption of blue light (wavelength = 455 nm) in the device layer at this thickness is ~99.5%. On the other hand, the absorption for green light (wavelength = 530 nm) and red light (wavelength = 625 nm) may be 83.6% and 54.3%, respectively.

도 9c는 접합 영역 아래 SOI(회색)의 디바이스층 내 광캐리어의 평균 분포 및 재조합에 대한 개략도를 예시한다.Figure 9c illustrates a schematic diagram of the average distribution and recombination of optical carriers in the device layer of SOI (gray) below the junction region.

도 9c의 개략도는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 어느 하나의 접합 영역(920)을 나타내고, 접합 영역(920)에는 제1 인터페이스(IS-1) 및 제2 인터페이스(IS-2)가 위치한다.The schematic diagram of FIG. 9C shows one bonding area 920 of a filter-free bilateral majority carrier type color photosensor, where the bonding area 920 has a first interface (IS-1) and a second interface (IS-2). Located.

접합 영역(920)은 삽입층(921), 디바이스층(922) 및 BOX층(923)이 구성되고, 청색광의 파장에 해당하는 포토캐리어(924), 녹색광의 파장에 해당하는 포토캐리어(925) 및 적색광의 파장에 해당하는 포토캐리어(926)를 나타낸다.The junction area 920 is composed of an insertion layer 921, a device layer 922, and a BOX layer 923, and a photocarrier 924 corresponding to the wavelength of blue light and a photocarrier 925 corresponding to the wavelength of green light. and a photocarrier 926 corresponding to the wavelength of red light.

적색, 녹색 및 청색 조명 조명에 대해 관찰된 광전류 비율은 위에서 추정한 흡수 비율을 기반으로 한 예상을 단순히 따르지 않는다.The photocurrent ratios observed for red, green, and blue light illumination simply do not follow expectations based on the absorption ratios estimated above.

이것은 파장 의존적 흡수율 외에 관찰된 파장 의존성에 기여하는 또 다른 중요한 요소가 채용된 장치 구조에 있음을 의미한다.This means that, in addition to the wavelength-dependent absorption rate, another important factor contributing to the observed wavelength dependence lies in the employed device structure.

디바이스층의 경계면에 대한 광생성 캐리어의 수직 위치인데, 이것은 인터페이스 결함 상태가 캐리어 재결합 중심으로 작용하기 때문에 도 9c에 표시된 것처럼 파장에 따른 광생성 캐리어 밀도 구배와 직접 관련이 있다.The vertical position of the photogenerated carriers relative to the interface of the device layer, which is directly related to the wavelength-dependent photogenerated carrier density gradient, as shown in Figure 9c, since the interface defect state acts as a carrier recombination center.

도 9c는 파장에 따른 광캐리어 생성, 확산 및 결함에 의한 캡처를 기반으로 시간 평균 광캐리어의 깊이 분포를 도식적으로 나타낸다.Figure 9c schematically shows the depth distribution of time-averaged optical carriers based on wavelength-dependent optical carrier generation, diffusion, and capture by defects.

도 9c는 파장 의존적 광응답이 물질의 흡수뿐만 아니라 물질의 물리적 구조에도 의존한다는 것을 보여준다.Figure 9c shows that the wavelength-dependent optical response depends not only on the absorption of the material but also on the physical structure of the material.

본 발명의 일실시예에 따르면 컬러 광센서는 실리콘으로 이루어진 디바이스층의 두께가 상기 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛에 따라 입사하는 광의 파장이 증가하면 광전류가 감소하여 광전류의 광 생성 캐리어의 생성비에 기반하여 입사하는 광의 파장에 따른 입사하는 광의 컬러를 검출할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the color optical sensor, when the wavelength of incident light increases as the thickness of the device layer made of silicon is 0.5 ㎛ to 3 ㎛, the photocurrent decreases based on the generation ratio of the photogenerated carrier of the photocurrent. The color of incident light can be detected according to the wavelength of incident light.

도 9c는 입사광이 접합 영역을 통해 실리콘으로 들어가는 경우를 고려하고, 실리콘의 상단 표면에 위치한 제1 인터페이스(IS-1)는 그래핀 페르미 준위가 고정되는 것을 방지하는 수소 패시베이션으로 인해 결함 상태가 감소할 수 있다.Figure 9c considers the case where incident light enters the silicon through the junction region, and the first interface (IS-1), located on the top surface of the silicon, exhibits reduced defect states due to hydrogen passivation, which prevents the graphene Fermi level from pinning. can do.

이것은 빛 조명에 의해 접합부에서 SBH를 효율적으로 낮출 수 있으며, 이는 앞에서 언급한 바와 같이 광전류 증폭과 크게 관련이 있을 수 있다.This can efficiently lower the SBH at the junction by light illumination, which can be largely related to photocurrent amplification as previously mentioned.

본 발명의 일실시예에 따르면 제1 인터페이스(IS-1)는 제1 접합 영역 및 제2 접합 영역 중 어느 하나의 접합 영역에 포함되는 삽입층과 디바이스층에서 삽입층이 삽입층 상의 그래핀층과 디바이스층 사이에 터널링 장벽에 작용하는 산화물 전압에 의한 다수 캐리어에 대한 쇼트키 장벽 높이(Schottky Barrier Height, SBH)의 광유도 변조(modulation)를 허용할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first interface IS-1 has an insertion layer included in any one of the first bonding region and the second bonding region, and the insertion layer in the device layer includes the graphene layer on the insertion layer and the device layer. It is possible to allow light-induced modulation of the Schottky Barrier Height (SBH) for majority carriers by the oxide voltage acting on the tunneling barrier between device layers.

결과적으로 광전류가 효율적으로 증폭된다. 깊이 방향을 따른 광생성 캐리어의 수직 분포 중심은 도 9c와 같다.As a result, the photocurrent is efficiently amplified. The vertical distribution center of photogenerated carriers along the depth direction is shown in Figure 9c.

청색광 조명의 경우 수직 분포 중심은 무결점 접합 인터페이스(IS-1)에 가깝고, 이에 따라 청색광 조명의 경우 손실이 적어 광응답성이 높을 수 있다.In the case of blue light illumination, the vertical distribution center is close to the flawless junction interface (IS-1), and accordingly, in the case of blue light illumination, loss is low and light response can be high.

녹색광 조명의 경우, 광발생 캐리어(925)가 접합부로 드리프트하는 것과 제2 인터페이스(IS-2)로의 확산 사이에 경쟁이 존재한다. In the case of green light illumination, there is a competition between the drift of photogenerated carriers 925 into the junction and diffusion into the second interface (IS-2).

그 결과, 녹색광에 대한 광발생 캐리어의 깊이 중심은 청색광에 대한 것보다 매몰 후면 경계면에 조금 더 가까워질 수 있다.As a result, the depth center of photogenerated carriers for green light may be slightly closer to the buried back interface than for blue light.

또한 접합부의 조명은 가전자대 가장자리로 정공에 대한 준 페르미 준위를 이동시키고, 결과적으로 제2 인터페이스(IS-2)의 상태는 홀을 포착하고 양전하를 나타낼 수 있다.Additionally, illumination of the junction moves the quasi-Fermi level for the hole to the edge of the valence band, and as a result, the state of the second interface (IS-2) can capture the hole and exhibit a positive charge.

그런 다음 양전하를 띤 계면 상태는 광 생성된 소수 캐리어를 끌어들이고, 결과적으로 그들은 서로 재결합한다.The positively charged interfacial state then attracts photogenerated minority carriers, and consequently they recombine with each other.

이것이 녹색 조명 조명에 대한 광전류가 단순한 예상보다 적은 이유이다.This is why the photocurrent for green light illumination is less than simply expected.

적색광 조명의 경우 과잉 캐리어의 수직 분포 중심이 결함이 있는 제2 인터페이스(IS-2)에 훨씬 더 가깝게 배치된다.In the case of red light illumination, the center of the vertical distribution of excess carriers is located much closer to the defective second interface (IS-2).

요약하면, 빛의 파장이 길어질수록 그래프(910)에서 예상한 것처럼 매몰된 제2 인터페이스(IS-2) 근처의 더 깊은 실리콘 영역에서 더 많은 포토캐리어가 생성될 수 있다.In summary, the longer the wavelength of light, the more photocarriers can be generated in the deeper silicon region near the buried second interface IS-2, as expected in graph 910.

따라서, 광발생 캐리어 밀도 구배는 파장이 길수록 낮아지고, 제2 인터페이스(IS-2)에 가까운 소수 캐리어는 인터페이스의 결함 상태에 의해 쉽게 캡처된 다음 재결합될 수 있다.Therefore, the photogenerated carrier density gradient becomes lower as the wavelength is longer, and minority carriers close to the second interface IS-2 can be easily captured by defect states at the interface and then recombined.

실리콘 디바이스층의 처리되지 않은 제2 인터페이스(IS-2)는 잠재적으로 상당한 양의 결함 상태를 가지고 있을 수 있다.The raw second interface (IS-2) of the silicon device layer could potentially have a significant amount of defect states.

이러한 이유로 적색광에 의해 생성된 포토캐리어(926)는 이 계면의 결함 상태에 의해 포착될 가능성이 높다.For this reason, photocarriers 926 generated by red light are likely to be captured by defect states at this interface.

이 인터페이스의 견고성은 SEM 이미지(900)에서 찾을 수 있는 것처럼 미미한 영향을 주는 것으로 간주되기 때문에 논의에서 제외될 수 있다.The robustness of this interface can be excluded from discussion as it is considered to have a negligible impact as can be found in SEM image 900.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 공백 영역에 광이 비추는 모델을 설명하는 도면이다.FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating a model in which light is illuminated in a blank area in a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 공백 영역에 광이 비추는 모델을 예시하고, 도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에서 공백 영역에만 광이 비추는 모델에서 바이어스 전압이 인가되는 동안 밝은 색상의 종속 피크 분포를 그래프를 통해 예시한다.Figure 10a illustrates a model in which light shines on a blank area in a filter-free, both-side majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention, and Figure 10b illustrates a model in which light is illuminated in a blank area according to an embodiment of the present invention. A graph illustrates the dependent peak distribution of bright colors while a bias voltage is applied in a model in which light shines only on blank areas in an optical sensor.

도 10a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(1000)에 마스크(1001)에 기반하여 광(1002)이 공백 영역에만 조사된다.Referring to FIG. 10A, light 1002 is irradiated only to the blank area based on the mask 1001 to the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor 1000 according to an embodiment of the present invention.

광(1002)은 적색, 녹색 및 청색 광으로 구성된다.Light 1002 consists of red, green, and blue lights.

디바이스층(1003)에서는 적색, 녹색 및 청색 광의 포토 캐리어가 운송하는 방향과 각 포토캐리어의 이동 거리를 나타내고, "+"는 정공이고, "-"는 전자를 나타낸다.In the device layer 1003, the direction in which the photo carriers of red, green, and blue light are transported and the moving distance of each photo carrier are indicated, with “+” indicating a hole and “-” indicating an electron.

도 10b의 그래프(1010)를 참고하면, 음의 바이어스 전압 영역(1011)을 나타내고, 양의 바이어스 전압 영역(1012) 나타낸다.Referring to the graph 1010 of FIG. 10B, a negative bias voltage area 1011 is shown and a positive bias voltage area 1012 is shown.

그래프(1010)에서 625nm(빨간색), 530nm(녹색) 및 455nm(파란색)의 세 가지 다른 파장 조명 공백 영역에 대하여 나타낼 수 있다.In graph 1010, three different wavelength illumination blank regions can be depicted: 625 nm (red), 530 nm (green), and 455 nm (blue).

도 10b의 그래프(1010)에 따른 I-V 특성은 명백한 파장 의존성을 나타내므로 이 공백 영역이 파장별로 광 흡수에서 어떻게 작용하는지 보여준다.The I-V characteristic according to graph 1010 of FIG. 10B shows a clear wavelength dependence, showing how this blank region acts on light absorption at different wavelengths.

청색광 조명의 경우 I-V 곡선은 도 5c의 그래프(520) 또는 도 5d의 그래프(530)과 거의 동일하다.In the case of blue light illumination, the I-V curve is almost identical to the graph 520 in FIG. 5C or the graph 530 in FIG. 5D.

녹색광 조명의 경우 에 표시된 증폭된 I-V 특성은 비교적 낮은 광전류에서도 도 5c의 그래프(520) 또는 도 5d의 그래프(530)에 표시된 특성과 유사하나 광 전류 측정 값에서 일부 차이가 존재한다.In the case of green light illumination, the amplified I-V characteristics shown are similar to the characteristics shown in the graph 520 of FIG. 5C or the graph 530 of FIG. 5D even at relatively low photocurrents, but there are some differences in the photocurrent measurement values.

적색광 조명의 경우 I-V 특성은 어두운 I-V 특성과 거의 유사하나, 도 5c의 그래프(520) 또는 도 5d의 그래프(530)에 표시된 특성과 광 전류 측정 값에서 일부 차이가 존재한다.In the case of red light illumination, the I-V characteristics are almost similar to the dark I-V characteristics, but there are some differences in the characteristics shown in the graph 520 of FIG. 5C or the graph 530 of FIG. 5D and the photocurrent measurement value.

그래프(1010)에 표시된 이러한 중요한 파장 종속 동작은 이전 섹션에서 이미 논의된 세 가지 요인에 기인한다.This significant wavelength dependent behavior shown in graph 1010 is due to three factors already discussed in the previous section.

첫째, 주어진 박막 디바이스층에 대한 파장 의존적 광흡수 효율이고, 둘째, 공백 영역의 깊이에 따른 파장 의존적 과잉 광생성 캐리어 확산 거동이 기울기에 의해 구동되며, 마지막으로 디바이스층의 제2 인터페이스 속성이다.First, the wavelength-dependent light absorption efficiency for a given thin film device layer, second, the wavelength-dependent excess photogenerated carrier diffusion behavior depending on the depth of the void region driven by the gradient, and finally, the second interface property of the device layer.

도 5a 내지 도 5d에 기반하여, 제1 접합 영역 및 제2 접합 영역 중 어느 하나의 접합 영역은, 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역이 역방향 바이어스 인 경우와 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역이 순방향 바이어스 인 경우 각각에서 제1 인터페이스(IS-1)에 기반하여 상기 입사하는 광의 파장에 따른 제1 광 전류를 생성할 수 있다.Based on FIGS. 5A to 5D, one of the first junction region and the second junction region may be configured such that the first junction region is forward biased, the second junction region is reverse biased, and the first junction region is forward biased. When the reverse bias is applied and the second junction region is forward biased, a first photo current according to the wavelength of the incident light can be generated based on the first interface IS-1.

도 10a 및 도 10b에 기반하여, 공백 영역은, 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역이 역방향 바이어스 인 경우와 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역이 순방향 바이어스 인 경우 각각에서 제3 인터페이스(IS-3)에 기반하여 입사하는 광의 파장에 따른 제2 광 전류를 생성할 수 있다.Based on Figures 10A and 10B, the blank regions are when the first junction region is forward biased and the second junction region is reverse biased and when the first junction region is reverse biased and the second junction region is forward biased. Each may generate a second photo current according to the wavelength of incident light based on the third interface IS-3.

예를 들어, 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역이 역방향 바이어스 인 경우는 음의 바이어스 영역이고, 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 이고, 제2 접합 영역이 순방향 바이어스 인 경우는 양의 바이어스 영역일 수 있다.For example, if the first junction region is forward biased and the second junction region is reverse biased, the bias region is negative; if the first junction region is reverse biased and the second junction region is forward biased, the bias region is positive. It may be a bias area.

상술한 특징을 종합하여, 컬러 광센서는 입사하는 광의 파장에 따라 제1 광전류에 비하여 제2 광전류가 감소되고, 입사하는 광의 파장에 따라 제1 광전류와 제2 광전류 간의 차이가 존재함에 따라 입사하는 광의 컬러를 검출할 수 있다.Considering the above-mentioned characteristics, the color photosensor reduces the second photocurrent compared to the first photocurrent depending on the wavelength of the incident light, and there is a difference between the first photocurrent and the second photocurrent depending on the wavelength of the incident light, thereby reducing the incident photocurrent. The color of light can be detected.

예를 들어, 양의 바이어스 영역에서 제1 광전류에 해당하는 청색 파장의 전류가 약 0.35mA이고, 녹색 파장의 전류가 약 0.24 mA 이며, 적색 파장의 전류가 약 0.21mA일 수 있다.For example, in the positive bias region, the blue wavelength current corresponding to the first photocurrent may be about 0.35 mA, the green wavelength current may be about 0.24 mA, and the red wavelength current may be about 0.21 mA.

한편, 양의 바이어스 영역에서 제2 광전류에 해당하는 청색 파장의 전류가 약 0.35mA이고, 녹색 파장의 전류가 약 0.23 mA 이며, 적색 파장의 전류가 약 0.16mA일 수 있다.Meanwhile, in the positive bias region, the blue wavelength current corresponding to the second photocurrent may be about 0.35 mA, the green wavelength current may be about 0.23 mA, and the red wavelength current may be about 0.16 mA.

제1 광전류와 제2 광전류의 차이는 도 12c의 그래프(1220)에 기반하여 보충 설명될 수 있다.The difference between the first photocurrent and the second photocurrent can be supplementally explained based on the graph 1220 of FIG. 12C.

따라서, 본 발명은 접합 영역과 공백 영역 각각에서 생성되는 광전류를 비교하여 컬러필터 없이도 입사광의 컬러를 구분하는 컬러 광센서를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention can provide a color optical sensor that distinguishes the color of incident light without a color filter by comparing the photocurrent generated in each of the junction area and the blank area.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 포함되는 공백 영역과 관련된 광응답 특성을 설명하는 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating optical response characteristics related to a blank area included in a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 11은 공백 영역과 관련된 광응답 특성과 관련하여 접합 영역 아래 SOI(회색)의 디바이스층 내 광캐리어의 평균 분포 및 재조합에 대한 개략도를 예시한다.Figure 11 illustrates a schematic diagram of the average distribution and recombination of light carriers in the device layer of the SOI (grey) below the junction region with respect to the photoresponse characteristics associated with the void region.

도 11의 개략도는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 공백 영역(1100)을 나타내고, 접합 영역(1100)에는 제3 인터페이스(IS-3) 및 제2 인터페이스(IS-2)가 위치한다.The schematic diagram of FIG. 11 shows a blank area 1100 of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor, and a third interface IS-3 and a second interface IS-2 are located in the junction area 1100.

공백 영역(1100)은 표면 처리 산화물층(1101), 디바이스층(1102) 및 BOX층(1103)이 구성되고, 청색광의 파장에 해당하는 포토캐리어(1104), 녹색광의 파장에 해당하는 포토캐리어(1105) 및 적색광의 파장에 해당하는 포토캐리어(1106)를 나타낸다.The blank area 1100 is composed of a surface treatment oxide layer 1101, a device layer 1102, and a BOX layer 1103, a photocarrier 1104 corresponding to the wavelength of blue light, and a photocarrier corresponding to the wavelength of green light ( 1105) and a photo carrier 1106 corresponding to the wavelength of red light.

공백 영역(1100)은 디바이스층(1102)과 표면 처리 산화물층(1101)간에 패시베이션이 이루어지지 않아서 결함 상태(1107)가 형성되고, BOX층(1103)과 디바이스층(1102) 간에 패시베이션이 이루어지지 않아서 결함 상태(1108)가 형성된다.In the blank area 1100, passivation is not achieved between the device layer 1102 and the surface-treated oxide layer 1101, so a defect state 1107 is formed, and passivation is not achieved between the BOX layer 1103 and the device layer 1102. As a result, a defect state 1108 is formed.

도 10a에 도시된 바와 같이 공백 영역에서 생성된 두 가지 유형의 포토캐리어는 바이어스 전압 하에서 양 접합부를 향해 측면으로 수송된다.As shown in Figure 10a, the two types of photocarriers generated in the blank region are transported laterally toward both junctions under a bias voltage.

간접 밴드 공백 반도체의 고유한 특성으로 인해 결함이 없는 한 주어진 채널 길이에 대한 과도 시간에 비해 광 생성 캐리어의 고유 수명이 매우 길 수 있다.Due to the unique properties of indirect band gap semiconductors, the intrinsic lifetime of photogenerated carriers can be very long compared to the transient time for a given channel length, as long as there are no defects.

공백 영역 내의 제3 인터페이스(IS-3)는 디바이스층(1102)과 표면 처리 산화물층(1101) 사이의 인터페이스에 해당한다.The third interface IS-3 in the blank area corresponds to the interface between the device layer 1102 and the surface-treated oxide layer 1101.

결과적으로 제3 인터페이스(IS-3)의 계면은 광캐리어를 포착할 수 있는 상당한 수의 고유 및 외부 도너형 또는 억셉터형 결함 상태를 가질 뿐만 아니라 스퍼터 증착된 산화물의 고정 산화물 전하가 화학량론적 산화물 상태일 수 있다.As a result, the interface of the third interface (IS-3) not only has a significant number of intrinsic and extrinsic donor or acceptor type defect states that can trap photocarriers, but also the fixed oxide charge of the sputter-deposited oxide is similar to that of the stoichiometric oxide. It may be a state.

결함 상태의 점유는 준 페르미 준위와 고정 산화물 전하에 의해 구동되는 밴드 굽힘에 따라 달라질 수 있다.The occupancy of defect states can vary depending on the quasi-Fermi level and the band bending driven by the stationary oxide charge.

포획된 트랩은 긴 수명으로 대전되고 전기장 형성을 유발에 따라 전계 유도 패시베이션에 의한 재결합 최소화 유발할 수 있다.The captured trap is charged with a long lifetime and can induce electric field formation, thereby minimizing recombination by field-induced passivation.

또한, 짧은 수명으로 대전되고 재결합 중심 역할을 하는 두 그룹으로 분류할 수 있다.Additionally, they can be classified into two groups: those that are charged with a short lifetime and that act as recombination centers.

따라서 공백 영역 조명의 경우 디바이스층의 제3 인터페이스는 디바이스층의 결함 계면에서 고정 산화물 전하 및 트랩 상태에 의해 유도된 필드에 의해 보호될 수 있다.Therefore, in the case of blank region illumination, the third interface of the device layer can be protected by the field induced by the pinned oxide charge and trap states at the defect interface of the device layer.

이것은 화학적으로 패시베이션된 접합 영역에 해당하는 제1 인터페이스의 특성과 대조되고, 제2 인터페이스는 도 9c에서 설명된 내용과 동일하다.This contrasts with the nature of the first interface, which corresponds to a chemically passivated junction region, and the second interface is identical to that described in Figure 9c.

도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 대한 흡수 계수, 흡수 깊이 및 광전류 비율을 설명하는 도면이다.Figures 12A to 12C are diagrams illustrating the absorption coefficient, absorption depth, and photocurrent ratio for the unfiltered double-sided majority carrier type color photosensor according to an embodiment of the present invention.

도 12a는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 대한 흡수 계수를 예시한다.Figure 12A illustrates the absorption coefficient for an unfiltered double-sided majority carrier type color photosensor according to one embodiment of the present invention.

도 12a의 그래프(1200)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서와 관련하여 실리콘의 광 흡수 계수 α()는 빛의 파장에 따라 다름에 따라 컬러 필터 없이도 입사광의 컬러를 구분할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to graph 1200 of FIG. 12A, the light absorption coefficient of silicon α( ) varies depending on the wavelength of light, so it can be confirmed that the color of incident light can be distinguished without a color filter.

도 12b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 대한 흡수 깊이를 예시한다.Figure 12B illustrates the absorption depth for an unfiltered double-sided majority carrier type color photosensor according to one embodiment of the present invention.

도 12b의 그래프(1210)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서와 관련하여 두개의 서로 다른 인터페이스가 있고, 빛의 침투 깊이 범위에 속하는 두께를 가진 얇은 실리콘이 사용되면 컬러 필터 없이도 입사광의 컬러를 구분할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to graph 1210 of FIG. 12B, there are two different interfaces associated with the filter-free bilateral majority carrier type color photosensor according to one embodiment of the present invention, and a thin sensor with a thickness falling in the range of light penetration depth. It can be confirmed that when silicon is used, the color of incident light can be distinguished without a color filter.

또한, 디바이스층의 유한한 두께로 인해(1/α(단파장) < h < 1/α(장파장)), 광 생성 캐리어는 파장 의존적 깊이를 갖음을 확인할 수 있다.Additionally, due to the finite thickness of the device layer (1/α (short wavelength) < h < 1/α (long wavelength)), it can be seen that the light-generated carriers have a wavelength-dependent depth.

도 12c는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 대한 광전류 비율을 예시한다.Figure 12C illustrates the photocurrent ratio for an unfiltered double-sided majority carrier type color photosensor according to one embodiment of the present invention.

도 12c의 그래프(1220)를 참고하면, 마크(1221)은 제1 접합 영역에서의 광전류와 제2 접합 영역에서의 광전류 간의 비율을 나타내고, 마크(1222)는 제2 접합 영역에서의 광전류 와 공백 영역에서의 광전류 간의 비율을 나타낸다.Referring to the graph 1220 in FIG. 12C, the mark 1221 represents the ratio between the photocurrent in the first junction region and the photocurrent in the second junction region, and the mark 1222 represents the ratio between the photocurrent in the second junction region and the blank. It represents the ratio between photocurrents in the area.

그 결과, 전면 및 매립 디바이스층 계면의 별개의 계면 상태에서, 재결합 속도는 앞에서 언급한 바와 같이 파장에 의존한다.As a result, in distinct interfacial states at the front and buried device layer interfaces, the recombination rate is wavelength dependent, as previously mentioned.

접합 영역의 전면 인터페이스는 증폭 메커니즘에서 중요한 직접적인 역할을 하는 반면 후면 인터페이스는 계면 상태 유도 재조합에 의한 캐리어 손실의 역할을 한다.The front interface of the junction region plays an important direct role in the amplification mechanism, while the back interface plays a role in carrier loss by interfacial state-induced recombination.

마크(1221)의 비율은 앞에서 설명한 것처럼 서로 다른 접합 인터페이스로 인해 조명 파장에 따라 약간 다를 수 있으나 거의 유사하다.The proportions of the marks 1221 may differ slightly depending on the illumination wavelength due to the different bonding interfaces as described above, but are almost similar.

그러나, 마크(1222)의 비율은 서로 다른 접합 인터페이스와 광 발생 캐리어 분포로 인해 조명 파장에 따라 크게 달라지는 것을 확인할 수 있다.However, it can be seen that the ratio of the marks 1222 varies greatly depending on the illumination wavelength due to different bonding interfaces and light-generated carrier distribution.

즉, 비율은 전적으로 장치에서 선택한 조명 영역에 대한 입사광의 파장에 따라 다를 수 있다.That is, the ratio may depend entirely on the wavelength of incident light for the selected illumination area in the device.

다시 말해, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서는 컬러 필터 없이도 입사광의 컬러를 식별하여 검출할 수 있다.In other words, the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention can identify and detect the color of incident light without a color filter.

따라서, 본 발명은 컬러 광센서에서 얇은 두께로 디바이스층을 구성함에 따라 계면특성에 기반하여 결함 상태(defect state)의 영향을 감소시키고, 이에 따라 컬러 필터 없이 입사광의 컬러를 감지하며, 신호를 증폭시킬 수 있다.Therefore, the present invention reduces the influence of defect states based on interface characteristics by configuring the device layer with a thin thickness in the color optical sensor, thereby detecting the color of incident light without a color filter and amplifying the signal. You can do it.

도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법을 설명하는 도면이다.Figures 13a and 13b are diagrams illustrating a method of manufacturing a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 13a 및 도 13b는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법을 예시하고, 도 13a는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 측면도를 예시하고, 도 13b는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 상면도를 예시한다.Figures 13A and 13B illustrate a method of manufacturing a filter-free, both-side majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention, and Figure 13A shows a method of manufacturing a filter-free, both-side majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention. Figure 13b illustrates a side view of a majority carrier type color photosensor, and Figure 13b illustrates a top view of a filter-free, both sides majority carrier type color photosensor according to the manufacturing method of the filter-free, both sides majority carrier type color photosensor.

도 13a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 단계(S1301) 내지 단계(S1305)를 포함하고, 도 13b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 단계(S1311) 내지 단계(S1315)를 포함한다.Referring to FIG. 13A, the method of manufacturing a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention includes steps (S1301) to (S1305), and referring to FIG. 13B, the The method of manufacturing a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to the embodiment includes steps S1311 to S1315.

단계(S1301)는 단계(S1311)에 대응하고, 단계(S1302)는 단계(S1312)에 대응하며, 단계(S1303)는 단계(S1313)에 대응하고, 단계(S1304)는 단계(S1314)에 대응하며, 단계(S1305)는 단계(S1315)에 대응한다. 즉, 각 대응하는 단계에 대한 설명이 대응하는 단계에서 동일하게 적용될 수 있다.Step S1301 corresponds to step S1311, step S1302 corresponds to step S1312, step S1303 corresponds to step S1313, and step S1304 corresponds to step S1314. And step S1305 corresponds to step S1315. That is, the description of each corresponding step can be applied equally to the corresponding step.

본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 단계(S1301)에서 SOI(silicon on insulator) 웨이퍼를 준비하고, 준비된 SOI 웨이퍼의 디바이스층 상의 산화물층을 처리하여 표면 처리 산화물층을 형성한다.The method of manufacturing a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention prepares a silicon on insulator (SOI) wafer in step S1301, and processes the oxide layer on the device layer of the prepared SOI wafer to surface it. A treated oxide layer is formed.

구체적으로, 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 디바이스층, 매립 산화물(BOX) 층 및 처리 층의 세 가지 층으로 구성되는 SOI 웨이퍼에서 디바이스 레이어의 손상을 방지하기 위해 처리층을 절단한다.Specifically, the manufacturing method of the filter-free bilateral majority carrier type color optical sensor is a SOI wafer composed of three layers: a device layer, a buried oxide (BOX) layer, and a processing layer, and the processing layer is cut to prevent damage to the device layer. do.

SOI 웨이퍼는 대략 10mm × 5mm 크기의 직사각형 조각으로 절단될 수 있다.SOI wafers can be cut into rectangular pieces measuring approximately 10 mm x 5 mm.

그런 다음 15분 동안 아세톤에서 초음파 처리를 진행하고, 초음파 처리 직후, 샘플은 15분 동안 이소프로필 알코올(IPA)에서 또 다른 초음파 처리를 진행한다.Then, sonication is performed in acetone for 15 minutes, and immediately after sonication, the sample is subjected to another sonication in isopropyl alcohol (IPA) for 15 minutes.

그런 다음 세척된 샘플을 전기 절연을 위해 산화층으로 증착하기 위해 스퍼터링 기계 내부에 배치한다.The cleaned sample is then placed inside a sputtering machine to deposit an oxide layer for electrical insulation.

P형 실리콘 스퍼터 타겟은 스퍼터링 수율(원자/이온)이 석영 타겟보다 높기 때문에 산화물층을 스퍼터링하는 데 사용될 수 있다.P-type silicon sputter targets can be used to sputter oxide layers because their sputtering yield (atoms/ions) is higher than that of quartz targets.

압력이 3.8 × 10^-4 Torr에 도달한 후, Ar 및 O₂ 가스를 각각 40 sccm 및 5 sccm의 유량으로 챔버에 주입한다.After the pressure reaches 3.8 × 10 ^-4 Torr, Ar and O ₂ gases are injected into the chamber at flow rates of 40 sccm and 5 sccm, respectively.

Ar과 O₂가 유입된 후 압력은 1.0 × 10^-2 Torr에 도달하고, RF 전력을 100W로 설정한 다음, 산화물층을 20분 동안 스퍼터링하고, 기체 부피비 [O2]/[Ar](0.125)와 스퍼터링 시간을 고려하면, 스퍼터링된 a-SiOx의 산소 함량 x이며, 표면 처리 산화물층의 두께는 약 500nm일 수 있다.After Ar and O ₂ were introduced, the pressure reached ^1.0 Considering the sputtering time, the oxygen content of the sputtered a-SiOx is x, and the thickness of the surface-treated oxide layer may be about 500 nm.

단계(S1302)에서 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 포토리소그래피 공정용 마스크를 이용하여 표면 처리 산화물층에서 제1 접합 영역 및 제2 접합 영역에 해당하는 부분들을 에칭한다.In step S1302, the method of manufacturing a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor etches portions corresponding to the first bonding region and the second bonding region from the surface-treated oxide layer using a mask for a photolithography process.

제1 접합 영역 및 제2 접합 영역에 해당하는 부분들은 표면 처리 산화물층의 표면 상태를 초기화하면서 자연 산화물의 식각을 위해 HMDS(Hexamethyldisilazane)와 자연 산화물의 식각을 위한 포토리소그래피 공정에 의해 에칭된다.Portions corresponding to the first bonding region and the second bonding region are etched using HMDS (Hexamethyldisilazane) for etching of native oxide and a photolithography process for etching of native oxide while initializing the surface state of the surface-treated oxide layer.

에칭된 부분들은 면적 1mm² 이고, 길이 및 너비는 1mm일 수 있다. 또한, 에칭된 부분들 사이에 해당하는 공백 영역의 너비에 해당하는 사이 거리는 2mm일 수 있다.The etched portions may have an area of 1 mm ² and a length and width of 1 mm. Additionally, the distance between the etched parts, corresponding to the width of the blank area, may be 2 mm.

단계(S1303)에서 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 에칭된 부분들에 수소와 산소를 이용한 CVD(chemical vapor deposition) 기법의 패시베이션에 의해 삽입층을 형성한다. 여기서, 에칭된 부분들은 에칭 이후 드러난 SOI 웨이퍼의 디바이스층일 수 있다.In step S1303, the method of manufacturing a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor forms an insertion layer on the etched parts by passivation of the CVD (chemical vapor deposition) technique using hydrogen and oxygen. Here, the etched portions may be the device layer of the SOI wafer revealed after etching.

예를 들어, 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 다음 실리콘 표면의 새로운 디자인을 위해 표면 패시베이션 공정이 필요하며, 결함 상태를 포화시키고 균일하고 얇은 절연층을 삽입층으로 형성한다.For example, the manufacturing method of the filter-free bilateral majority carrier type color optical sensor requires a surface passivation process for the new design of the next silicon surface, saturating the defect state and forming a uniform and thin insulating layer as the intercalating layer.

여기서, 표면 패시베이션 공정은 수소와 산소를 이용하여 CVD(chemical vapor deposition) 기법을 적용하는 공정일 수 있다.Here, the surface passivation process may be a process that applies a chemical vapor deposition (CVD) technique using hydrogen and oxygen.

표면 패시베이션에 의해 삽입층을 형성하기 위해 단계(S1302)이가지 진행된 샘플을 CVD 챔버에 로드한다.The sample that has undergone two steps (S1302) is loaded into the CVD chamber to form an insertion layer by surface passivation.

이후, 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 진공(-10^-4 Torr)이 형성된 후, H² 가스의 유입과 함께 50 sccm의 유속으로 챔버를 170 ℃까지 가열하였다.Thereafter, in the method of manufacturing the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor, a vacuum (-10 ^-4 Torr) was formed, and then the chamber was heated to 170 ° C. at a flow rate of 50 sccm with the introduction of H ² gas.

30분 후, 챔버를 다시 600℃까지 가열하되, 이번에는 50 sccm의 유량으로 산소를 유입하여 제1 접합 영역 및 제2 접합 영역에 삽입층을 형성한다.After 30 minutes, the chamber is heated to 600°C again, but this time, oxygen is introduced at a flow rate of 50 sccm to form an insertion layer in the first bonding area and the second bonding area.

단계(S1304)에서 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 스퍼터링 공정을 이용하여 상기 표면 처리 산화물층 상에서 상기 공백 영역이 아니면서 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 각각의 측면 부분에 금속 전극을 형성한다.In step S1304, the method of manufacturing a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor uses a sputtering process to form a side portion of each of the first bonding region and the second bonding region that is not the blank region on the surface-treated oxide layer. Form a metal electrode on.

무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 전력이 90W로 설정된 상태에서 알루미늄(Al)과 같은 금속 물질을 이용하여 금속 전극을 형성한다.The manufacturing method of the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor forms metal electrodes using a metal material such as aluminum (Al) with the power set to 90W.

단계(S1305)에서 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 표면 처리 산화물층, 상기 삽입층 및 상기 금속 전극 상에 그래핀을 전사하여 그래핀층을 형성한다.In step S1305, the method of manufacturing a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor forms a graphene layer by transferring graphene onto a surface-treated oxide layer, the insertion layer, and the metal electrode.

구체적으로, 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 CVD 성장을 위한 기판 역할을 하는 Cu 호일을 화학적으로 에칭한 후 대략 2mm × 4mm 크기의 그래핀을 습식 전사한다.Specifically, the manufacturing method of the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor involves chemically etching the Cu foil that serves as a substrate for CVD growth and then wet transferring graphene with a size of approximately 2 mm × 4 mm.

한편, 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 제조 방법은 전사하기 위한 그래핀을 형성하는데, 구리(Cu) 호일을 5cm × 10cm 크기로 자르고, 구리 시트는 CVD 챔버의 반응 영역 중앙에 위치시키며, CVD 챔버가 원하는 진공 상태가 안정화된 후 Ar 가스와 H₂가스를 각각 100sccm 및 50sccm의 유량으로 유입한다.Meanwhile, the manufacturing method of the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor forms graphene for transfer, cutting copper (Cu) foil into a size of 5 cm × 10 cm, and placing the copper sheet in the center of the reaction area of the CVD chamber; After the desired vacuum state in the CVD chamber is stabilized, Ar gas and H ₂ gas are introduced at flow rates of 100 sccm and 50 sccm, respectively.

Ar 가스는 낮은 반응성으로 인해 캐리어 가스로 사용되었고, H₂ 가스는 Cu 호일의 표면 오염을 제거하기 위해 사용되었고, 2종류의 가스가 유입되어 온도를 1000℃로 설정되었다.Ar gas was used as a carrier gas due to its low reactivity, and H ₂ gas was used to remove surface contamination of the Cu foil. Two types of gas were introduced and the temperature was set to 1000°C.

반응기를 실온에서 30분 이내에 1000℃까지 가열하였고, 1000℃에서 구리 호일은 2시간의 안정화를 거쳤고, 이때 H₂는 산화를 제거한다는 의미에서 개선되었다.The reactor was heated from room temperature to 1000° C. within 30 minutes, at 1000° C. the copper foil underwent 2 hours of stabilization, during which time the H ₂ was improved in the sense of eliminating oxidation.

안정화 시간 후, Ar 및 H₂의 유입을 유지하면서 CH₄ 가스를 5 sccm의 유속으로 5분간 가한다.After the stabilization time, CH ₄ gas was added at a flow rate of 5 sccm for 5 minutes while maintaining the influx of Ar and H ₂ .

CH₄가스의 유입은 Cu 호일 표면에 단층 그래핀의 제조에 기여하고, CH₄가스 유입 5분 후, CH₄, Ar, H₂의 모든 가스 유입을 중단하고 온도를 상온으로 설정한다.The inflow of CH ₄ gas contributes to the production of single-layer graphene on the surface of the Cu foil, and 5 minutes after the inflow of CH ₄ gas, all gas inflows of CH ₄ , Ar, and H ₂ are stopped and the temperature is set to room temperature.

온도가 실온에 가까워지면 Cu 호일이 챔버에서 제거되고, 그런 다음 Cu 호일의 윗면을 PMMA(Polymethylmethacrylate) 용액으로 스핀 코팅한다.When the temperature approaches room temperature, the Cu foil is removed from the chamber, and the top surface of the Cu foil is then spin-coated with a PMMA (polymethylmethacrylate) solution.

이 PMMA 용액 PMMA는 아세톤에 40g L-1 용해되어 그래핀의 취급 및 보호를 가능하게 하는 층을 형성하여, 그래핀층을 형성하기 위한 그래핀을 준비한다.This PMMA solution PMMA was dissolved at 40 g L-1 in acetone to form a layer that enabled handling and protection of the graphene, thereby preparing the graphene to form the graphene layer.

그래핀 층은 습식 전사에 의해 장착되었기 때문에 90℃로 설정된 핫플레이트에서 1시간 동안 어닐링 과정을 거치고, 아세톤으로 헹구어서 그래핀의 PMMA 오버레이가 제거된다.Since the graphene layer was mounted by wet transfer, it undergoes an annealing process for 1 hour on a hot plate set at 90°C, and the PMMA overlay on the graphene is removed by rinsing with acetone.

또한, 추가적으로 측정을 위해 백금(Au) 와이어 또는 은(Ag) 와이어가 금속 전극에 부착될 수 있다.Additionally, a platinum (Au) wire or silver (Ag) wire may be attached to the metal electrode for additional measurement.

따라서, 본 발명은 삽입층(insertion layer)에 의한 표면 패시베이션(passivation)과 접합 영역과 공백 영역에 의한 서로 다른 인터페이스와 얇은 두께의 디바이스층에 기반하여 높은 반응성과 식별 가능한 파장 의존성을 갖는 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서를 제공할 수 있다.Therefore, the present invention provides a filter-free two-side device with high reactivity and discernible wavelength dependence based on surface passivation by an insertion layer, different interfaces by a junction region and a blank region, and a thin device layer. Multiple carrier type color optical sensors can be provided.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 회로도를 설명하는 도면이다.Figure 14 is a diagram illustrating a circuit diagram of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 회로도를 예시한다.Figure 14 illustrates a circuit diagram of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to one embodiment of the present invention.

도 14를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 회로도(1400)는 제1 접합 영역에 해당하는 제1 다이오드(1401), 제2 접합 영역에 해당하는 제2 다이오드(1402)공백 영역에 해당하는 저항(1403)으로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 14, a circuit diagram 1400 of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention includes a first diode 1401 corresponding to the first junction region, and a first diode 1401 corresponding to the second junction region. The second diode 1402 may be composed of a resistor 1403 corresponding to a blank area.

즉, 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 회로도(1400)는 컬러 필터 없이도 입사광의 컬러를 구분하는 포토다이오드로 구성됨을 예시한다.That is, the circuit diagram 1400 of the unfiltered double-sided majority carrier type color optical sensor illustrates that it is composed of a photodiode that distinguishes the color of incident light without a color filter.

또한, 제1 다이오드(1401) 및 제2 다이오드(1402)는 BTB 쇼트키 다이오드임을 확인할 수 있다.Additionally, it can be confirmed that the first diode 1401 and the second diode 1402 are BTB Schottky diodes.

제1 다이오드(1401) 및 제2 다이오드(1402)는 인가되는 바이어스 전압에 따라 순방향 및 역방향 바이어스로 동작될 수 있다.The first diode 1401 and the second diode 1402 may be operated in forward and reverse bias depending on the applied bias voltage.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 측정 실험 환경을 설명하는 도면이다.Figure 15 is a diagram illustrating the measurement experiment environment of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 측정 실험 환경을 예시한다.Figure 15 illustrates the measurement experiment environment of a filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 측정 실험 환경(1500)은 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(1501)에 RGB 컬러를 구분하여 조사(irradiate)하는 LED(1506), LED(1506)로부터 방출되는 광을 필터링하는 중성 밀도 필터(1505), LED(1506)의 광이 조사되는 영역을 선택하기 위한 마스크(1504)으로 구성된다.Referring to FIG. 15, the measurement experiment environment 1500 according to an embodiment of the present invention includes an LED 1506 that irradiates RGB colors separately to a filter-free two-side majority carrier type color optical sensor 1501, an LED It consists of a neutral density filter 1505 that filters the light emitted from the LED 1506 and a mask 1504 that selects the area where the light from the LED 1506 is irradiated.

무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(1501)는 제1 접합 영역(1502) 및 제2 접합 영역(1503)을 포함하고, 제1 접합 영역(1502) 및 제2 접합 영역(1503) 사이에 공백 영역이 존재한다.The filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor 1501 includes a first bonding region 1502 and a second bonding region 1503, with a blank space between the first bonding region 1502 and the second bonding region 1503. The area exists.

본 발명의 일실시예에 따른 측정 실험 환경(1500)은 LED(1506)의 광이 제2 접합 영역(1503)에 선택적으로 조사되는 경우를 예시한다.The measurement experiment environment 1500 according to an embodiment of the present invention illustrates a case where light from the LED 1506 is selectively irradiated to the second junction region 1503.

제1 접합 영역과 제2 접합 영역을 한 번에 각각 역 바이어스 하에 두도록 바이어스를 0에서 5V로 2개의 다른 방향으로 스윕하는 실험이 진행 가능고, 암전류는 블랙박스에서 빛 없이 측정된다.An experiment can be conducted by sweeping the bias in two different directions from 0 to 5V so that the first and second junction regions are each under reverse bias at a time, and the dark current is measured without light in a black box.

무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서(1501)의 광 응답을 측정하기 위해 적색, 녹색 및 청색광에 해당하는 625nm, 530nm, 455nm의 세 가지 LED 파장을 LED(1506)를 통해 조사할 수 있다.To measure the optical response of the filter-free double-sided majority carrier type color optical sensor 1501, three LED wavelengths of 625 nm, 530 nm, and 455 nm, corresponding to red, green, and blue light, can be irradiated through the LED 1506.

중성 밀도 필터(1505)는 사용하여 LED(1506)의 광출력 밀도를 1.0 × 10¹ⁿW/mm²(측정: Thorlabs PM100D)로 낮출 수 있다.Neutral density filter 1505 can be used to reduce the optical power density of LED 1506 to 1.0 × 10 ¹ⁿ W/mm ² (measurement: Thorlabs PM100D).

예를 들어, 하나의 접합 영역에만 조명이 도달하도록 하기 위해 중성 밀도 필터(1505)와 접합 영역 사이에 1mm² 크기의 조리개가 마스크(1504)로 장착될 수 있다.For example, to ensure that light reaches only one junction area, an aperture with a size of 1 mm ² may be mounted as a mask 1504 between the neutral density filter 1505 and the junction area.

도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 정규화된 시간에 기반한 광 응답 특성을 설명하는 도면이다.FIG. 16 is a diagram illustrating the normalized time-based optical response characteristics of an unfiltered double-sided majority carrier type color optical sensor according to an embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명의 일실시예에 따라 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 서로 다른 세가지 파장에 대한 응답 시간과 관련된 실험 데이터를 예시한다.Figure 16 illustrates experimental data related to the response time for three different wavelengths of an unfiltered double-sided majority carrier type color photosensor according to one embodiment of the present invention.

도 16을 참고하면, 그래프(1600)는 세 가지 다른 파장(빨간색: 625nm, 녹색: 530nm, 파란색: 455nm)의 가시광 조명에 대해 장치의 응답 시간은 하강 시간에 대해 0.3ms ~ 0.5ms로 나타나는 반면 상승 시간은 떨어지는 시간보다 빠른 것을 나타낸다.Referring to Figure 16, graph 1600 shows that for visible light illumination of three different wavelengths (red: 625 nm, green: 530 nm, blue: 455 nm) the response time of the device is 0.3 ms to 0.5 ms for fall time. The rise time indicates that it is faster than the fall time.

조명된 빛의 파장에 대한 응답 시간의 뚜렷한 의존성은 없는데,이는 응답 시간이 길이가 2mm인 갭 채널 영역을 통한 캐리어의 이동 시간에 크게 의존한다는 사실에 기인한다.There is no apparent dependence of the response time on the wavelength of the illuminated light, which is due to the fact that the response time strongly depends on the travel time of the carriers through the gap channel region, which is 2 mm long.

응답 시간은 직렬로 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서에 연결된 10kOhm 저항을 사용하여 측정될 수 있다.Response time can be measured using a 10kOhm resistor connected in series to an unfiltered two-sided majority carrier type color optical sensor.

오실로스코프를 저항에 병렬로 연결하여 접합부가 사각 광 펄스로 조명될 때 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서 내의 전류 변화로 인한 저항 양단의 전압 응답을 감지한다.An oscilloscope is connected in parallel to the resistor to detect the voltage response across the resistor due to the change in current within the filter-free two-sided majority carrier type color photosensor when the junction is illuminated with a square light pulse.

무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서 및 저항기는 DC 5V에 인가되고 LED의 주파수는 함수 발생기에 의해 구동되는 구형 펄스에서 100Hz이고, 조리개 면적은 다음과 같이 1mm²일 수 있으며, 응답 시퀀스는 제2 접합 영역에서 발생되었다.The filter-free two-sided majority carrier type color light sensor and resistor are applied to DC 5V, the frequency of the LED is 100Hz in a square pulse driven by a function generator, the aperture area can be 1mm ² as follows, and the response sequence is 2 It occurred in the junction area.

커플링으로 인한 SBH 저하 덕분에 역 바이어스 접합(제1 접합 영역)의 그래핀 전극에서 주입된 정공과 과잉 광 생성 다수 캐리어(정공)가 공백 영역을 통해 순방향 바이어스 반대 접합( 제2 접합 영역)영역으로 이동될 수 있다.Thanks to the SBH degradation due to coupling, the injected holes and excess photogenerated majority carriers (holes) from the graphene electrode in the reverse bias junction (first junction region) pass through the void region to the forward bias reverse junction (second junction region) region. can be moved to

채널 간격 거리가 2mm인 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서의 관찰된 응답 속도는 ~ 0.3msec이며, 이는 이전 연구에서 관찰된 것보다 길 수 있다.The observed response speed of an unfiltered bilateral majority carrier type color optical sensor with a channel spacing distance of 2 mm is ~0.3 msec, which may be longer than that observed in previous studies.

이것은 수직 접합 깊이(~ μm)에 비해 접합 사이의 상대적으로 긴 갭 채널과 갭 채널 영역의 낮은 작용 바이어스 전압에 기인하며, 이는 이전 섹션에 표시된 접합에서 큰 바이어스 전압 손실에 기인할 수 있다.This is due to the relatively long gap channel between the junctions compared to the vertical junction depth (~μm) and the low acting bias voltage in the gap channel region, which can be attributed to the large bias voltage loss in the junction shown in the previous section.

결과적으로 캐리어의 운송 속도는 상대적으로 낮고 상대적으로 운송 시간이 길어짐에 따라 채널 길이가 감소할수록 더 높은 작용 전압, 더 높은 이동성 및 더 짧은 통과 시간으로 인해 응답 속도가 빨라지는 것을 나타낼 수 있다.As a result, the transport speed of the carriers is relatively low and the relatively longer transport time can indicate that decreasing channel length results in faster response speed due to higher acting voltage, higher mobility and shorter transit time.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 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, 영역, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, various modifications and variations can be made by those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, area, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

100: 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서
101: BOX(buried oxide) 층 102: 디바이스층
103: 표면 처리 산화물층 104: 삽입층
105: 전극 106:그래핀층100: Filter-free bilateral majority carrier type color optical sensor
101: BOX (buried oxide) layer 102: Device layer
103: surface treatment oxide layer 104: insertion layer
105: electrode 106: graphene layer

Claims

제1 접합(junction) 영역 및 제2 접합 영역을 포함하고,
상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 사이에 공백(gap) 영역을 포함하며,
상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 각각은 제1 인터페이스(IS-1)를 포함하고, 상기 제1 접합 영역, 상기 제2 접합 영역 및 상기 공백 영역은 제2 인터페이스(IS-2)를 포함하며, 상기 공백 영역은 제3 인터페이스(IS-3)를 포함하고,
상기 제1 인터페이스(IS-1)는 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 각각에 포함되는 삽입층과 디바이스층 간에 인터페이스이며,
상기 제2 인터페이스(IS-2)는 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역과 상기 공백 영역의 하단에 포함되는 BOX(buried oxide) 층과 상기 디바이스층 간에 인터페이스이고,
상기 제3 인터페이스(IS-3)는 상기 공백 영역에 포함되는 표면 처리 산화물층과 상기 디바이스층 간에 인터페이스이며,
광이 입사하는 경우에, 상기 제1 인터페이스(IS-1)에서의 광 전류 생성 값과 상기 제3 인터페이스(IS-3)에서의 광 전류 생성 값의 차이에 기반하여 상기 입사하는 광의 컬러를 검출하는
컬러 광센서.Comprising a first junction region and a second junction region,
Comprising a gap region between the first bonding region and the second bonding region,
Each of the first bonding region and the second bonding region includes a first interface (IS-1), and the first bonding region, the second bonding region and the blank region include a second interface (IS-2). and the blank area includes a third interface (IS-3),
The first interface IS-1 is an interface between an insertion layer and a device layer included in each of the first bonding region and the second bonding region,
The second interface (IS-2) is an interface between the device layer and a buried oxide (BOX) layer included at the bottom of the first junction area, the second junction area, and the blank area,
The third interface (IS-3) is an interface between the surface-treated oxide layer included in the blank area and the device layer,
When light is incident, the color of the incident light is detected based on the difference between the photocurrent generation value at the first interface (IS-1) and the photocurrent generation value at the third interface (IS-3). doing
Color light sensor.

제1항에 있어서,
상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 각각은,
BOX(buried oxide) 층;
상기 BOX(buried oxide) 층 상에 위치하는 디바이스층;
상기 디바이스층 상에 위치하는 삽입층; 및
상기 삽입층 상에 위치하는 그래핀층을 포함하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서.According to paragraph 1,
Each of the first bonding region and the second bonding region,
BOX (buried oxide) layer;
a device layer located on the buried oxide (BOX) layer;
an insertion layer located on the device layer; and
Characterized in that it includes a graphene layer located on the insertion layer.
Color light sensor.

제1항에 있어서,
상기 공백 영역은,
BOX(buried oxide) 층;
상기 BOX(buried oxide) 층 상에 위치하는 디바이스층;
상기 디바이스층 상에 위치하는 표면 처리 산화물층; 및
상기 표면 처리 산화물층의 일부분에 위치하는 그래핀층을 포함하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서.According to paragraph 1,
The blank area is,
BOX (buried oxide) layer;
a device layer located on the buried oxide (BOX) layer;
A surface-treated oxide layer located on the device layer; and
Characterized in that it includes a graphene layer located in a portion of the surface-treated oxide layer.
Color light sensor.

삭제delete

제1항에 있어서,
상기 디바이스층의 두께는, 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛인 것을 특징으로 하는
컬러 광센서.According to paragraph 1,
The thickness of the device layer is 0.5 ㎛ to 3 ㎛.
Color light sensor.

제5항에 있어서,
상기 컬러 광센서는, 상기 디바이스층의 두께가 상기 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛에 따라 상기 입사하는 광의 파장이 증가하면 광전류가 감소하여 상기 광전류의 광 생성 캐리어의 생성비에 기반하여 상기 입사하는 광의 파장에 따른 상기 입사하는 광의 컬러를 검출하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서.According to clause 5,
In the color photosensor, when the wavelength of the incident light increases as the thickness of the device layer ranges from 0.5 ㎛ to 3 ㎛, the photocurrent decreases and is adjusted to the wavelength of the incident light based on the generation ratio of the light generation carrier of the photocurrent. Characterized in detecting the color of the incident light according to the
Color light sensor.

제1항에 있어서,
상기 제1 인터페이스(IS-1)는, 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 각각에 포함되는 삽입층과 디바이스층에서 상기 삽입층이 상기 삽입층 상의 그래핀층과 상기 디바이스층 사이에 터널링 장벽에 작용하는 산화물 전압에 의한 다수 캐리어에 대한 쇼트키 장벽 높이(Schottky Barrier Height, SBH)의 광유도 변조(modulation)를 허용하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서.According to paragraph 1,
The first interface IS-1 is a tunneling barrier between the device layer and the graphene layer on the insertion layer in the insertion layer and device layer included in each of the first bonding region and the second bonding region. Characterized in that it allows light-induced modulation of the Schottky Barrier Height (SBH) for majority carriers by the oxide voltage acting on
Color light sensor.

제1항에 있어서,
상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 각각의 측면 부분에서 금속 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서.According to paragraph 1,
Characterized in that it further comprises a metal electrode on a side portion of each of the first bonding region and the second bonding region.
Color light sensor.

제8항에 있어서,
상기 컬러 광센서는, 상기 금속 전극을 통해 인가되는 전압이 0보다 클 경우 상기 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 되고, 상기 제2 접합 영역이 순방향 바이어스가되며, 상기 금속 전극을 통해 인가되는 전압이 0보다 작을 경우 상기 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 되고, 상기 제2 접합 영역이 역방향 바이어스가되며, 상기 순방향 바이어스에서는 쇼트키 장벽 높이(Schottky Barrier Height, SBH)가 증가하고, 상기 역방향 바이어스에서는 쇼트키 장벽 높이가 감소하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서.According to clause 8,
In the color optical sensor, when the voltage applied through the metal electrode is greater than 0, the first junction region becomes reverse biased, the second junction region becomes forward biased, and the voltage applied through the metal electrode is 0. If it is smaller than , the first junction area becomes forward biased, and the second junction area becomes reverse biased. In the forward bias, the Schottky Barrier Height (SBH) increases, and in the reverse bias, the Schottky Barrier Height (SBH) increases. Characterized by a decrease in height
Color light sensor.

제1항에 있어서,
상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역은, 상기 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 역방향 바이어스 인 경우와 상기 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 순방향 바이어스 인 경우 각각에서 상기 제1 인터페이스(IS-1)에 기반하여 상기 입사하는 광의 파장에 따른 제1 광 전류를 생성하고,
상기 공백 영역은, 상기 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 역방향 바이어스 인 경우와 상기 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 순방향 바이어스 인 경우 각각에서 상기 제3 인터페이스(IS-3)에 기반하여 상기 입사하는 광의 파장에 따른 제2 광 전류를 생성하며,
상기 컬러 광센서는 상기 입사하는 광의 파장에 따라 상기 제1 광전류에 비하여 상기 제2 광전류가 감소되고, 상기 입사하는 광의 파장에 따라 상기 제1 광전류와 상기 제2 광전류 간의 차이가 존재함에 따라 상기 입사하는 광의 컬러를 검출하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서.According to paragraph 1,
The first junction region and the second junction region are: the first junction region is forward biased, the second junction region is reverse biased, and the first junction region is reverse biased, and the second junction region is In the case of forward bias, a first photo current is generated according to the wavelength of the incident light based on the first interface (IS-1) in each case,
The blank area is formed when the first junction region is forward biased and the second junction region is reverse biased, and when the first junction region is reverse biased and the second junction region is forward biased. 3 Based on the interface (IS-3), a second photo current is generated according to the wavelength of the incident light,
In the color photosensor, the second photocurrent is reduced compared to the first photocurrent depending on the wavelength of the incident light, and a difference between the first photocurrent and the second photocurrent exists depending on the wavelength of the incident light. Characterized by detecting the color of light that
Color light sensor.

제1 접합(junction) 영역 및 제2 접합 영역을 포함하고, 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 사이에 공백(gap) 영역을 포함하며, 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 각각은 제1 인터페이스(IS-1)를 포함하고, 상기 제1 접합 영역, 상기 제2 접합 영역 및 상기 공백 영역은 제2 인터페이스(IS-2)를 포함하며, 상기 공백 영역은 제3 인터페이스(IS-3)를 포함하고, 상기 제1 인터페이스(IS-1)는 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 각각에 포함되는 삽입층과 디바이스층 간에 인터페이스이고, 상기 제2 인터페이스(IS-2)는 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역과 상기 공백 영역의 하단에 포함되는 BOX(buried oxide) 층과 상기 디바이스층 간에 인터페이스이며, 상기 제3 인터페이스(IS-3)는 상기 공백 영역에 포함되는 표면 처리 산화물층과 상기 디바이스층 간에 인터페이스이고, 광이 입사하는 경우에, 상기 제1 인터페이스(IS-1)에서의 광 전류 생성 값과 상기 제3 인터페이스에서의 광 전류 생성 값의 차이에 기반하여 상기 입사하는 광의 컬러를 검출하는 컬러 광센서의 제조 방법에 있어서,
포토리소그래피 공정용 마스크를 이용하여 표면 처리 산화물층에서 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역에 해당하는 부분들을 에칭하는 단계;
상기 에칭된 부분들에 수소와 산소를 이용한 CVD(chemical vapor deposition) 기법의 패시베이션에 의해 삽입층을 형성하는 단계;
스퍼터링 공정을 이용하여 상기 표면 처리 산화물층 상에서 상기 공백 영역이 아니면서 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역 각각의 측면 부분에 금속 전극을 형성하는 단계; 및
상기 표면 처리 산화물층, 상기 삽입층 및 상기 금속 전극 상에 그래핀을 전사하여 그래핀층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서의 제조 방법.It includes a first junction region and a second junction region, and includes a gap region between the first junction region and the second junction region, each of the first junction region and the second junction region. includes a first interface (IS-1), the first bonding region, the second bonding region and the blank region include a second interface (IS-2), and the empty region includes a third interface (IS-2). -3), wherein the first interface (IS-1) is an interface between an insertion layer and a device layer included in each of the first and second bonding regions, and the second interface (IS-2) is an interface between the device layer and a buried oxide (BOX) layer included at the bottom of the first bonding area, the second bonding area, and the blank area, and the third interface (IS-3) is included in the blank area. is an interface between a surface-treated oxide layer and the device layer, and when light is incident, it is based on the difference between the photocurrent generation value at the first interface (IS-1) and the photocurrent generation value at the third interface. In a method of manufacturing a color optical sensor that detects the color of the incident light,
etching portions corresponding to the first bonding region and the second bonding region from a surface-treated oxide layer using a photolithography mask;
forming an insertion layer on the etched portions by passivation using CVD (chemical vapor deposition) using hydrogen and oxygen;
forming a metal electrode on a side portion of each of the first bonding region and the second bonding region on the surface-treated oxide layer using a sputtering process, but not in the blank region; and
And forming a graphene layer by transferring graphene onto the surface-treated oxide layer, the insertion layer, and the metal electrode.
Manufacturing method of color optical sensor.

삭제delete

제11항에 있어서,
상기 디바이스층의 두께는, 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛인 것을 특징으로 하는
컬러 광센서의 제조 방법.According to clause 11,
The thickness of the device layer is 0.5 ㎛ to 3 ㎛.
Method for manufacturing a color optical sensor.

제13항에 있어서,
상기 컬러 광센서는, 상기 디바이스층의 두께가 상기 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛에 따라 상기 입사하는 광의 파장이 증가하면 광전류가 감소하여 상기 광전류의 광 생성 캐리어의 생성비에 기반하여 상기 입사하는 광의 파장에 따른 상기 입사하는 광의 컬러를 검출하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서의 제조 방법.According to clause 13,
In the color photosensor, when the wavelength of the incident light increases as the thickness of the device layer ranges from 0.5 ㎛ to 3 ㎛, the photocurrent decreases and is adjusted to the wavelength of the incident light based on the generation ratio of the light generation carrier of the photocurrent. Characterized in detecting the color of the incident light according to the
Method for manufacturing a color optical sensor.

제11항에 있어서,
상기 제1 인터페이스(IS-1)는, 상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역에 포함되는 삽입층과 디바이스층에서 상기 삽입층이 상기 삽입층 상의 그래핀층과 상기 디바이스층 사이에 터널링 장벽에 작용하는 산화물 전압에 의한 다수 캐리어에 대한 쇼트키 장벽 높이(Schottky Barrier Height, SBH)의 광유도 변조(modulation)를 허용하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서의 제조 방법.According to clause 11,
The first interface IS-1 is a tunneling barrier between the insertion layer and the device layer included in the first junction region and the second junction region, and the insertion layer is formed between the graphene layer on the insertion layer and the device layer. Characterized in that it allows light-induced modulation of the Schottky Barrier Height (SBH) for majority carriers by the acting oxide voltage.
Method for manufacturing a color optical sensor.

제11항에 있어서,
상기 컬러 광센서는, 금속 전극을 통해 인가되는 전압이 0보다 클 경우 상기 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 되고, 상기 제2 접합 영역이 순방향 바이어스가되며, 상기 금속 전극을 통해 인가되는 전압이 0보다 작을 경우 상기 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 되고, 상기 제2 접합 영역이 역방향 바이어스가되며, 상기 순방향 바이어스에서는 쇼트키 장벽 높이(Schottky Barrier Height, SBH)가 증가하고, 상기 역방향 바이어스에서는 쇼트키 장벽 높이가 감소하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서의 제조 방법.According to clause 11,
In the color optical sensor, when the voltage applied through the metal electrode is greater than 0, the first junction region becomes reverse biased, the second junction region becomes forward biased, and the voltage applied through the metal electrode is greater than 0. When small, the first junction area becomes forward biased, and the second junction area becomes reverse biased. In the forward bias, Schottky Barrier Height (SBH) increases, and in the reverse bias, the Schottky Barrier Height (SBH) increases. Characterized by a decrease in
Method for manufacturing a color optical sensor.

제11항에 있어서,
상기 제1 접합 영역 및 상기 제2 접합 영역은, 상기 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 역방향 바이어스 인 경우와 상기 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 순방향 바이어스 인 경우 각각에서 상기 제1 인터페이스(IS-1)에 기반하여 상기 입사하는 광의 파장에 따른 제1 광 전류를 생성하고,
상기 공백 영역은, 상기 제1 접합 영역이 순방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 역방향 바이어스 인 경우와 상기 제1 접합 영역이 역방향 바이어스 이고, 상기 제2 접합 영역이 순방향 바이어스 인 경우 각각에서 상기 제3 인터페이스(IS-3)에 기반하여 상기 입사하는 광의 파장에 따른 제2 광 전류를 생성하며,
상기 컬러 광센서는 상기 입사하는 광의 파장에 따라 상기 제1 광전류에 비하여 상기 제2 광전류가 감소되고, 상기 입사하는 광의 파장에 따라 상기 제1 광전류와 상기 제2 광전류 간의 차이가 존재함에 따라 상기 입사하는 광의 컬러를 검출하는 것을 특징으로 하는
컬러 광센서의 제조 방법.According to clause 11,
The first junction region and the second junction region are: the first junction region is forward biased, the second junction region is reverse bias, and the first junction region is reverse biased, and the second junction region is In the case of forward bias, a first photo current is generated according to the wavelength of the incident light based on the first interface (IS-1) in each case,
The blank area is formed when the first junction region is forward biased and the second junction region is reverse biased, and when the first junction region is reverse biased and the second junction region is forward biased. 3 Based on the interface (IS-3), a second photo current is generated according to the wavelength of the incident light,
In the color photosensor, the second photocurrent is reduced compared to the first photocurrent depending on the wavelength of the incident light, and a difference between the first photocurrent and the second photocurrent exists depending on the wavelength of the incident light. Characterized by detecting the color of light that
Method for manufacturing a color optical sensor.