KR20200095123A - 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빛에 의해 전기에너지를 발생시키는 압-광전층을 포함하여 빛 및 스트레인에 의해 전기적 특성이 변화되는 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빛에 의해 전기에너지를 발생시키는 압-광전층을 포함하여 빛 및 스트레인에 의해 전기적 특성이 변화되는 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
광전자 소자의 설계는 스마트 윈도우, 감지, 보안 등의 첨단 응용기술 분야에 있어서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 일반적으로 광전자 소자에서 전기적 및 광학적 성능은 정전 바이어스를 변경함으로써 조작된다.
또한, 웨어러블 기술 등에서 중요하게 사용되는 기계적 자극 역시 첨단 장비를 설계하는데 사용될 수 있다. 기계적 자극은 산화아연이나 황화카드뮴과 같은 비대칭중심 물질에 압전 효과를 통해 분극 전하를 유도할 수 있어 다양하게 활용되고 있다. 매우 작은 기계적 변형에서도 분극 전하를 생성할 수 있고, 이는 태양전지나 발광다이오드와 같은 광전자 소자에서의 캐리어 생성, 수송, 분리 및/또는 재조합을 조절할 수 있도록 할 수 있다. 현재, 장치의 성능을 향상시키기 위하여 이와 같은 피에조-포토트로닉스 효과를 적용시키기 위한 노력이 지속되고 있다.
또한, 광학적으로 투명한 플렉서블 디바이스가 최근 각광받고 있다. 투명하면서도 유연한 광전자 디바이스는 군사, 민간 등에서 광범위하게 적용될 수 있는 잠재력을 갖고 있다. 이와 같은 투명하면서 유연한 장치를 설계하기 위한 노력이 지속되어 왔다. 그러나 유연한 전자장치의 경우 굽힘 및 긁힘 등의 기계적 손상에 취약하여 쉽게 고장 나는 문제점이 있다.
이와 같이 투명하고 유연하면서도 견고한 피에조-포토트로닉스 소자에 대한 개발의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 빛 및 스트레인에 의해 전기에너지를 발생시키는 압-광전층을 포함하여 빛 및 스트레인에 의해 특성이 변화되는 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 피에조-포토트로닉스 소자로서, 판 형태의 지지체; 상기 지지체의 상면에 마련되는 전하수송층; 및 상기 전하수송층의 상면에 마련되어 빛에 의해 전기에너지를 발생시키고, 스트레인에 의하여 전기적 특성이 변화되는 압-광전층; 을 포함하는 피에조-포토트로닉스 소자를 제공한다.
본 발명에서는, 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 400 내지 700nm 파장의 전자기파에서 투과율이 60% 이상일 수 있다.
본 발명에서는, 상기 압-광전층은 산화아연을 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 전하수송층은 은나노와이어로 구성될 수 있다.
본 발명에서는, 상기 지지체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법으로서, 판 형태의 지지체를 세척하는 단계; 상기 지지체의 상면에 전하수송층을 코팅하는 단계; 상기 전하수송층의 상면에 빛에 의해 전기에너지를 발생시키고, 스트레인에 의하여 전기적 특성이 변화하는 압-광전층을 증착 하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 지지체를 세척하는 단계는, 아세톤으로 상기 지지체를 세척하는 단계; 메탄올로 상기 지지체를 세척하는 단계; 및 탈이온수(DIW)로 상기 지지체를 세척하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 전하수송층은 은나노와이어를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 지지체 상에 전하수송층을 코팅하는 단계는, 상기 지지체 상에 은나노와이어를 스핀 코팅하는 단계; 및 기설정된 온도에서 어닐링 하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 압-광전층은 산화아연을 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 압-광전층을 증착하는 단계는, 원자층증착(ALD)방법을 이용하여 산화아연박막을 증착 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 빛 및 스트레인에 의해 특성이 변화되는 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명하고 유연하면서도 견고한 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피에조-포토트로닉스 소자에 빛과 스트레인을 동시에 가하여 매우 높은 성능을 나타내는 포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전자현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 에너지 분산형 X선 분광 스펙트럼이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 산화아연 압-광전층의 X선 회절 스펙트럼이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 투과율 및 흡광도 스펙트럼이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화에 따른 암전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화 및 조사되는 UV조명 강도의 변화에 따른 전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화 및 조사되는 UV조명 강도의 변화에 따른 광전류 및 광응답을 도시하는 2차원지도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 재현성을 도시하는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자에 인장변형이 가해진 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자에 압축변형이 가해진 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 밴드 다이어그램이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 변형에 따른 밴드 다이어그램이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법의 각 단계를 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체세척단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하수송층코팅단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전자현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 에너지 분산형 X선 분광 스펙트럼이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 산화아연 압-광전층의 X선 회절 스펙트럼이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 투과율 및 흡광도 스펙트럼이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화에 따른 암전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화 및 조사되는 UV조명 강도의 변화에 따른 전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화 및 조사되는 UV조명 강도의 변화에 따른 광전류 및 광응답을 도시하는 2차원지도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 재현성을 도시하는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자에 인장변형이 가해진 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자에 압축변형이 가해진 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 밴드 다이어그램이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 변형에 따른 밴드 다이어그램이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법의 각 단계를 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체세척단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하수송층코팅단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
피에조-포토트로닉스 효과는 조지아 공대의 Zhong Lin Wang 연구팀에 의해 처음 보고된 현상으로 압전 효과에 의한 전기장이 반도체의 에너지 밴드 구조를 변화시켜 결과적으로 소자의 광전자특성에 영향을 미치는 효과를 말한다. 이하에서 피에조-포토트로닉스 소자란 상기 피에조-포토트로닉스 효과를 이용하여 소자에 가해지는 빛 및 스트레인에 의해 특성을 제어하는 소자를 의미한다.
피에조
-
포토트로닉스
소자
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자는 판 형태의 지지체(10); 상기 지지체(10)의 상면에 마련되는 전하수송층(20); 및 상기 전하수송층(20)의 상면에 마련되어 빛에 의해 전기에너지를 발생시키고, 스트레인에 의하여 전기적 특성이 변화되는 압-광전층(30); 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 지지체(10)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)이고, 상기 전하수송층(20)은 은나노와이어(Ag Nano Wire, AgNW)로 구성되고, 상기 압-광전층(30)은 산화아연(ZnO)으로 구성될 수 있다.
이와 같이 구성된 피에조-포토트로닉스 소자는 UV조명 및 외부 압축/인장 스트레인에 의하여 소자의 광전류를 제어할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 은나노와이어(AgNW) 및 산화아연(ZnO)으로 구성된 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 가시광선 영역에서 매우 높은 투과율을 보여 투명하면서도 은나노와이어를 사용함으로써 물리적 손상을 방지할 수 있는 견고함을 갖출 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전자현미경 이미지이다.
도 2에는 은나노와이어 및 산화아연으로 구성된 전하수송층(20) 및 압-광전층(30)을 포함하는 2 단자 플렉서블 피에조-포토트로닉스 소자의 주사전자현미경(SEM) 이미지가 도시되어 있다. 도 2의 우하단 상자에는 세 배 확대된 피에조-포토트로닉스 소자의 이미지가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면 원자층증착방법(ALD)을 통해 산화아연의 박막이 은나노와이어 네트워크를 균등하게 코팅한 것을 확인할 수 있다. 후술할 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법에서는 복잡한 3차원 제조 공정 없이도 상기 피에조-포토트로닉스 소자를 제조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 에너지 분산형 X선 분광 스펙트럼이다.
도 3의 피에조-포토트로닉스 소자의 에너지 분산형 X선 분광 스펙트럼을 참조하면 아연(Zn), 산소(O) 및 은(Ag) 원소의 존재를 확인할 수 있다. 상기 아연(Zn) 및 상기 산소(O)는 상기 압-광전층(30)의 산화아연을, 상기 은(Ag)은 상기 전하수송층(20)의 은나노와이어를 구성하고 있다.
또한, 도 3에서 0.26keV에 나타나는 강한 피크는 지지체(10)의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)에 포함되는 탄소 원자(C)에 기인한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 산화아연 압-광전층의 X선 회절 스펙트럼이다.
상기 산화아연 압-광전층(30)을 X선 회절(XRD) 측정함으로써 상기 압-광전층(30)의 결정 성질을 파악할 수 있다. 도 4에 도시된 것과 같이 2θ=31.7°에서 강한 피크가 관찰되었고, 34.3° 및 36.1°에서도 다른 피크가 나타났다. 이는 각각 (100), (002) 및 (101) 반사에 해당하며 이는 육각형의 우르차이트 산화아연 결정의 성장을 확인시켜준다(JCPDS-ICDD 카드 No.36-1451).
또한, 다른 여러 피크들이 존재하는 것은 상기 산화아연 나노 구조가 도 2에 도시된 것과 같이 무작위 방향으로 성장하였기 때문이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 투과율 및 흡광도 스펙트럼이다.
도 5에서 녹색으로 표시된 스펙트럼은 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 투과율이고, 적색으로 표시된 스펙트럼은 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 흡광도이다.
도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 400 내지 700nm 파장의 전자기파에서 투과율이 60% 이상이고, 75% 이상의 평균 투과율을 보였다. 상기 압-광전층(30)의 산화아연으로 인해 336nm 인근에서 투과율이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한 흡광도 스펙트럼에서는 자외선 영역에서 흡광도가 급격히 증가한다. 더욱 상세하게는 380nm 인근에서 넓은 형태의 피크가 나타나고, 이는 은나노와이어의 횡축 국소 표면 플라즈몬 공명에 의한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6의 (a)는 빛을 차단한 상태 및 UV(λ= 365nm, 4mW/cm2) 조사 상태에서 외부 스트레인이 없는 무 부하 조건에서 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전류-전압 특성을 나타낸다. 빛을 차단한 상태에서 UV조명이 가해지면(붉은색 화살표) 전류는 점점 증가한다. 이는 UV조명에 의해 생성된 광전자-정공 쌍이 증가하기 때문이다.
반면, UV조명이 없어져 빛이 차단되면(녹색 화살표) 전자-정공 재조합 과정이 일어나며 전류는 감소한다.
또한, 도 6의 (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이, 압축 스트레인(+0.6%) 및 인장 스트레인(-0.6%)하에서도 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 유사한 거동을 보인다. 최대 광전류는 무 부하, 압축 스트레인 및 인장 스트레인 조건에서 각각 8.4μA, 85.0 μA 및 3.6 μA였다. 상기 압축 스트레인 및 인장 스트레인은 굽힘 반경 R, 지지체(10)의 두께 D에 기초하여 ± D/2R과 같이 구해질 수 있다.
도 6의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이 전류-전압 곡선이 선형 대칭의 특성을 보이는 바, 옴 접합이 이루어져 있음 확인할 수 있다. 산화아연에 스트레인이 가해지면 압전 전위를 유도하고, 이는 금속/산화아연 접점에서의 에너지 장벽을 변화시키게 된다. 열 평형 상태에서 에너지 장벽은 양 단에서 거의 동일하지만, 스트레인이 가해지는 경우, 압전 전위가 생성되어 양 단에서의 에너지 장벽에 변화가 발생할 수 있고, 이로 인해 소자의 전류-전압 특성이 비선형적으로 나타날 수 있다.
한편, 이와 같은 스트레인에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 전류-전압 특성의 변화에 있어서 상기 압-광전층(30)의 특성 변화뿐만 아니라 전하수송층(20)의 특성 변화 또한 영향을 줄 수 있다. 따라서 상기 전하수송층(20)의 특성 변화를 파악하기 위하여 압-광전층(30)이 없는 은나노와이어 전하수송층(20) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 지지체(10)만으로 구성된 소자의 전류-전압 특성을 무 부하, 압축 스트레인 및 인장 스트레인 조건에서 측정하였다. 그 결과 무 부하, 압축 스트레인 및 인장 스트레인 조건에서의 측정 결과에 거의 변화가 나타나지 않았다.
즉, 상기 전하수송층(20)에 의한 전류-전압 특성의 변화는 미미하고, 상기 산화아연 압-광전층(30)에 의한 전류-전압 특성이 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 전류-전압 특성으로 나타남을 알 수 있다.
또한, 전하수송층(20) 없이 압-광전층(30)의 산화아연만 존재하는 박막 장치의 경우 압축 스트레인 또는 인장 스트레인을 가하더라도 의미 있는 광응답을 보이지 않았다.
도 6의 (d)는 무 부하 조건에서 1.5V 전압 하 단일 UV 펄스(강도 4mW/cm2, 지속시간 90초)에 대한 피에조-포토트로닉스 소자의 광 반응(I-t)을 도시하고 있다. 전류는 어두운 상황에서 약 20nA에서부터 UV 펄스 조사 시 약 5.2μA까지 증가하였다. 이는 UV 펄스에 의해 전자-정공 쌍이 생성되었기 때문이다.
또한, 도 6의 (e)을 참조하면 압축 스트레인(+0.6%) 조건 하에서는 암전류가 약 0.24μA이고, UV 펄스 하에서는 약 55.2μA 로 개선되었고, 도 6의 (f)를 참조하면 인장 스트레인(-0.6%) 조건 하에서는 암전류가 약 8nA이고, UV 펄스 하에서는 약 2.2μA로 감소하였다.
일정한 조명 강도(4mW/cm2)하에서 계산된 무 부하, 압축 스트레인 및 인장 스트레인 조건에서의 전류비(IUV/Idark)는 각각 260(무 부하), 230(압축 스트레인) 및 27(인장 스트레인)이었다.
본 발명의 일 실시예에서는 이와 같은 측정 결과를 통해 특정 UV 강도 및 특정 전압 공급 하에서 외부로부터 가해지는 스트레인 통해 다양한 전류 레벨을 설정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화에 따른 암전류 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7에서는 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 암전류를 상기 피에조-포토트로닉스 소자에 가해지는 스트레인을 변화시키면서 측정한 결과이다. 측정 결과 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 스트레인에 매우 강한 종속성을 가짐을 확인할 수 있다.
도 7을 참조하면 암전류는 압축 스트레인(0% 부터 +0.6%)가 증가함에 따라 증가하고, 인장 스트레인(0% 부터 -0.6%)이 증가함에 따라 감소한다. 실제로 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 1.5V의 고정 바이어스에서 인장 스트레인이 -0.6%일 때 약 8nA의 매우 낮은 암전류를 보이고, 압축 스트레인이 +0.6%일 때 0.24μA로 증가된 암전류를 보인다. 이와 같은 결과는 스트레인에 의해 밴드 갭 및/또는 이용 가능한 캐리어 밀도의 변화에 의해 설명될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 피에조-포토트로닉스 소자에 가해지는 스트레인은 -0.6% 내지 +0.6% 이내일 수 있다. 이와 같은 스트레인 범위를 벗어난 스트레인이 가해지는 경우 상기 피에조-포토트로닉스 소자는 제대로 작동하지 않았다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화 및 조사되는 UV조명 강도의 변화에 따른 전류 변화를 나타내는 그래프이다.
소자에 가해지는 UV조명의 강도 및 스트레인의 변화에 따른 광전류의 변화가 도 8에 도시되어 있다. 피에조-포토트로닉스 소자에 가해지는 스트레인이 압축에서 인장으로 변하거나, 가해지는 UV조명의 강도가 약해질수록 전류가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 피에조-포토트로닉스 소자의 경우 UV조명의 강도를 조절하는 것뿐만 아니라 가해지는 스트레인을 조절함으로써 소자의 특성을 조절할 수 있다. 특히, 가해지는 스트레인을 통해 다양한 전류 레벨을 설정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 스트레인 변화 및 조사되는 UV조명 강도의 변화에 따른 광전류 및 광응답을 도시하는 2차원지도이다.
도 9의 (a)에는 UV조명 강도 및 스트레인 변화에 따른 광전류의 세기를 색으로 표현한 2차원지도가 도시되어 있다. 도 9의 (a)의 우측 상단에 도시된 것과 같이, 압축 스트레인에 의한 효과는 UV조명 강도가 높을 때 더욱 두드러지게 나타난다. 도 9의 (a)에서 최대 광전류는 4mW/cm2의 UV조명 강도 및 +0.6%의 압축 스트레인 하에서 나타났으며 85.07μA에 달하였다. 동일한 UV조명 강도 하에서 -0.6%의 인장 스트레인이 가해지는 경우 광전류는 3.2μA에 불과하였다.
즉, 높은 광전류를 발생시키기 위해서는 압축 스트레인이 가해져야 한다. 4mW/cm2의 UV조명 강도 및 +0.6%의 압축 스트레인 하에서 85.07μA의 최대 광전류가 나타났으며, 이는 무 부하 상태의 암전류에 비해 약 7733배에 달하는 값이다. 이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 피에조-포토트로닉스 소자를 통해 다양한 전류 레벨을 설정하는 효과를 발휘할 수 있음이 확인되었다.
또한, 광전자장치의 성능을 평가하는데 사용되는 광응답(Photo-responsivity, R)을 이용하여, 도 9의 (b)에는 UV조명 강도 및 스트레인 변화에 따른 광응답을 색으로 표현한 2차원지도를 도시하였다. 상기 광응답은 Iph/APin과 같은 식에 의해 결정된다. 이 때, 상기 Iph는 광전류, A는 소자 면적, Pin은 광도이다. 도 9의 (b)에서는 피에조-포토트로닉스 소자에 스트레인을 가하는 경우 소자의 유효면적이 변하기 때문에, 유효 조명 면적의 변화를 고려하여 피에조-포토트로닉스 소자의 성능을 표준화하여 도시하였다.
도 9의 (b)를 참조하면 스트레인 변화에 따라 일정하게 광응답이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 도 9의 (b)의 우측 상단에서와 같이 UV조명 강도 4mW/cm2 및 압축 스트레인 +0.6%에서 가장 높은 광응답 21A/W가 나타났다.
또한, 높은 압축 스트레인이 가해졌을 때의 피에조-포토트로닉스 소자의 민감도가 증가하였음을 명확히 알 수 있다. 이와 같은 결과는 압전극화에 의한 전하의 생성에 의해 설명될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 재현성을 도시하는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 반복성 및 내구성을 확인하기 위하여, 상기 피에조-포토트로닉스 소자를 400회에 걸쳐 압축 및 인장 스트레인이 가해지도록 반복적으로 굽히는 과정을 수행하면서 전류를 측정하였고, 그 결과가 도 10에 도시되어 있다.
도 10에서 주황색으로 표시된 점은 압축 스트레인이 가해졌을 때의 광전류이고, 붉은색으로 표시된 점은 인장 스트레인이 가해졌을 때의 광전류이다. 각각의 점은 피에조-포토트로닉스 소자를 16번 굽힘을 수행하는 사이클을 수행한 후 압축 및 인장 스트레인이 가해졌을 때의 광전류 측정값을 나타낸다.
도 10에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자는 25회의 벤딩 사이클(400회의 굽힘)을 수행하여도 광전류의 변화가 나타나지 않았다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자에 인장변형 및 압축변형이 가해진 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자에서 가해지는 스트레인에 따라 나타나는 다중 레벨 전류 증폭은 피에조-포토트로닉 효과에 의해 설명될 수 있다.
도 11에서와 같이 피에조-포토트로닉스 소자에 인장 스트레인이 가해지는 경우, 양의 압전 전하가 공기와 압-광전층(30) 사이에서 생성된다. 반대로 도 12에서와 같이 피에조-포토트로닉스 소자에 압축 스트레인이 가해지는 경우, 음의 압전 전하가 공기와 압-광전층(30) 사이에서 생성된다. 이와 같이 상기 지지체(10)의 굽힘이 상기 압-광전층(30)의 인장 및 압축 스트레인으로 나타날 수 있다. 상기 압-광전층(30)에 인장 스트레인이 가해지는 경우 상기 지지체(100)의 하부에는 압축 스트레인이 가해지고, 상기 상기 압-광전층(300)에 압축 스트레인이 가해지는 경우 상기 지지체(100)의 하부에는 인장 스트레인이 가해지게 된다.
도 11 및 도 12에 도시된 것 과 같이 상기 피에조-포토트로닉스 소자에 대한 특성 측정 결과는 스트레인에 의해 유도된 양극화 전류와 관련이 있다. 이와 같은 피에조-포토트로닉스 소자에서는 산소의 흡수/방출 과정을 조절함으로써 효율적으로 광전자 성능을 제어할 수 있게 된다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 밴드 다이어그램이다.
도 13의 (a)에는 열 평형 조건 하에서 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 밴드 다이어그램이 도시되어 있다. UV조명이 가해지는 경우 광 유도 된 홀-전자쌍이 생성되면서 상기 홀이 상기 압-광전층(30)의 표면에 흡착된 산소(O-)와 반응하여 산소 분자(O2)가 생성된다(2h+ + 2O- -> O2(g)). 그 결과 상기 압-광전층(30)에는 전자가 남게 되어 상기 압-광전층(30) 내의 자유 전자 농도가 증가한다. 이와 같이 증가된 전자는 전하수송층(20)을 통해 신속하게 전달되어 효율적으로 전극으로 이동할 수 있게 된다. 이와 같은 전하수송층(20)의 존재로 인해 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 성능이 향상되는 효과를 발휘할 수 있다.
또한, UV조명에 의해 표면에 화학 흡착 된 산소가 이탈함으로써 표면의 에너지 밴드를 변형시킬 수 있다. 이와 같이 UV조명에 의해 변형된 에너지 밴드가 도 13의 (b)에 도시되어 있다.
도 10에 도시된 바와 같이 인장 스트레인 하에서는 표면에서 양전하가 생성되고, 이로 인해 광-유도 된 정공이 표면으로 이동하는 것을 방해하여, 상대적으로 낮은 광전류로 나타나게 된다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이 압축 스트레인 하에서는 표면에서 음전하가 생성됨으로써 높은 광전류가 나타나게 된다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 변형에 따른 밴드 다이어그램이다.
상기 피에조-포토트로닉스 소자에 스트레인이 가해진 상황에서 상기 압-광전층(30) 표면에 화학 흡착 된 산소가 조절 될 수 있고, 이로 인한 표면 인근의 에너지 밴드 다이어그램이 도 14에 도시되어 있다. 도 14에서 보는 바와 같이 상기 피에조-포토트로닉스 소자에 가해지는 스트레인을 제어함으로써 상기 피에조-포토트로닉스 소자의 전기적 특성을 제어할 수 있게 된다.
피에조
-
포토트로닉스
소자의 제조방법
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법의 각 단계를 개략적으로 도시하는 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피에조-포토트로닉스 소자는 우선 판 형태의 지지체(10)를 세척하는 단계(S100); 상기 지지체(10)의 상면에 전하수송층(20)을 코팅하는 단계(S200); 및 상기 전하수송층(20)의 상면에 빛 및 스트레인에 의해 전기에너지를 발생시키는 압-광전층(30)을 증착하는 단계(S300); 를 포함하는 과정을 통해 제조될 수 있다.
상기 S100단계에서는 상기 지지체(10)에 대한 세척을 수행하여 이물질 등에 의한 피에조-포토트로닉스 소자의 성능 저하를 방지하고, 상기 전하수송층(20) 및 상기 압-광전층(30)이 용이하게 코팅 및 증착 될 수 있도록 할 수 있다.
상기 S200단계에서는 상기 지지체(10)의 상면에 전하수송층(20)을 코팅한다. 상기 전하수송층(20)은
상기 S300단계에서는 상기 전하수송층(20)의 상면에 압-광전층(30)을 증착 한다. 상기 압-광전층(30)은 빛 및/또는 외부 스트레인 등에 의해
이 때, 본 발명의 일 실시예에서 상기 압-광전층(30)은 산화아연으로 구성되고, 상기 압-광전층(30)을 증착하는 단계는, 원자층증착(ALD)방법을 이용하여 산화아연박막을 증착하는 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 S300단계에서는 디에틸아연(DEZ) 및 탈이온수를 전구 물질로 사용하고, 각각의 투여 시간은 0.2초이다. 질소 가스를 사용하여 50sccm의 유속으로 상기 전구 물질을 운반한다. 상기 질소 가스는 챔버 를 퍼지 하기 위해서도 사용된다. 플러싱 시간은 디에틸아연(DEZ) 및 탈이온수 모두 10 초이다.
이와 같이 원자층증착 방법을 이용하여 산화아연박막을 증착하는 경우 상기 압-광전층(30)을 증착하는 단계는 140℃ 내지 160℃에서 수행됨이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 145℃ 내지 155℃에서 수행된다. 상기 원자층증착의 사이클 수는 180 내지 220회가 바람직하고, 상기 산화아연박막의 두께는 45nm 내지 55nm가 바람직하다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체세척단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 지지체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)일 수 있다.
이 때, 상기 지지체(10)를 세척하는 단계는 도 16에 도시된 것과 같이,
아세톤으로 상기 지지체(10)를 세척하는 단계(S110); 메탄올로 상기 지지체(10)를 세척하는 단계(S120); 및 탈이온수(DIW)로 상기 지지체(10)를 세척하는 단계(S130); 를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 S110, S120 및 S130단계에서는 초음파를 이용하여 상기 지지체(10)를 세척할 수 있다.
이와 같이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 지지체(10)를 아세톤, 메탄올 및 탈이온수 중에서 순차적으로 초음파 세척함으로써 이물질 등에 의한 피에조-포토트로닉스 소자의 성능 저하를 방지하고, 상기 전하수송층(20) 및 상기 압-광전층(30)이 용이하게 코팅 및 증착 될 수 있도록 할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하수송층코팅단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 전하수송층(20)은 은나노와이어(AgNW)로 구성되고, 상기 지지체(10) 상에 전하수송층(20)을 코팅하는 단계는 도 17에 도시된 것과 같이 상기 지지체(10) 상에 은나노와이어를 스핀 코팅하는 단계(S210); 및 기설정된 온도에서 어닐링 하는 단계(S220); 를 포함한다.
상기 S210단계에서는 상기 지지체(10) 상에 은나노와이어를 스핀 코팅한다. 바람직하게는 상기 S210단계에서는 1900 내지 2100rpm으로 스핀 코팅을 수행할 수 있고, 더욱 바람직하게는 1950 내지 2050rpm으로 스핀 코팅을 수행할 수 있다.
상기 S220단계에서는 60℃ 내지 80℃에서 어닐링이 수행된다. 바람직하게는 상기 어닐링은 65℃ 내지 75℃에서 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 빛 및 스트레인에 의해 특성이 변화되는 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명하고 유연하면서도 견고한 피에조-포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 피에조-포토트로닉스 소자에 빛과 스트레인을 동시에 가하여 매우 높은 성능을 나타내는 포토트로닉스 소자 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (10)
- 피에조-포토트로닉스 소자로서,
판 형태의 지지체;
상기 지지체의 상면에 마련되는 전하수송층; 및
상기 전하수송층의 상면에 마련되어 빛에 의해 전기에너지를 발생시키고, 스트레인에 의하여 전기적 특성이 변화하는 압-광전층; 을 포함하는 피에조-포토트로닉스 소자.
- 청구항 1에 있어서,
상기 피에조-포토트로닉스 소자는 400 내지 700nm 파장의 전자기파에서 투과율이 60% 이상인, 피에조-포토트로닉스 소자.
- 청구항 1에 있어서,
상기 압-광전층은 산화아연을 포함하는, 피에조-포토트로닉스 소자.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전하수송층은 은나노와이어를 포함하는, 피에조-포토트로닉스 소자.
- 청구항 1에 있어서,
상기 지지체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)인, 피에조-포토트로닉스 소자.
- 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법으로서,
판 형태의 지지체를 세척하는 단계;
상기 지지체의 상면에 전하수송층을 코팅하는 단계; 및
상기 전하수송층의 상면에 빛에 의해 전기에너지를 발생시키고, 스트레인에 의하여 전기적 특성이 변화하는 압-광전층을 증착하는 단계; 를 포함하는, 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 전하수송층은 은나노와이어를 포함하는, 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 지지체 상에 전하수송층을 코팅하는 단계는,
상기 지지체 상에 은나노와이어를 스핀 코팅하는 단계; 및
기설정된 온도에서 어닐링 하는 단계; 를 포함하는, 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 압-광전층은 산화아연을 포함하는, 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법.
- 청구항 9에 있어서,
상기 압-광전층을 증착하는 단계는,
원자층증착(ALD)방법을 이용하여 산화아연박막을 증착하는, 피에조-포토트로닉스 소자의 제조방법.
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101322708B1 (ko) * | 2006-01-02 | 2013-10-29 | 삼성전자주식회사 | 산화아연 나노와이어의 제조방법 및 그로부터 제조된나노와이어 |
| KR101637005B1 (ko) * | 2015-03-23 | 2016-07-07 | 재단법인 구미전자정보기술원 | 산화아연 나노구조체를 이용한 자외선 광전도 셀의 제조 방법 |
| JP2017092036A (ja) * | 2015-11-16 | 2017-05-25 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 銀ナノワイヤー、その製造方法、これを含む導電体および電子素子 |
| KR20180006941A (ko) * | 2015-05-14 | 2018-01-19 | 베이징 인스티튜트 오브 테크놀로지 | 페로브스카이트와 폴리머의 복합 발광재료, 제조 방법 및 용도 |
| KR20180029559A (ko) * | 2016-09-13 | 2018-03-21 | 광주과학기술원 | 금속 나노시트 기반의 시냅스 트랜지스터 및 이의 제조방법 |
| KR20190023669A (ko) * | 2017-08-30 | 2019-03-08 | 한국과학기술원 | 기능성 금속산화물 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자 |
| KR20190129233A (ko) * | 2018-05-10 | 2019-11-20 | 주식회사 경신 | 차량용 통전장치 |
-
2019
- 2019-01-31 KR KR1020190012826A patent/KR102248433B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101322708B1 (ko) * | 2006-01-02 | 2013-10-29 | 삼성전자주식회사 | 산화아연 나노와이어의 제조방법 및 그로부터 제조된나노와이어 |
| KR101637005B1 (ko) * | 2015-03-23 | 2016-07-07 | 재단법인 구미전자정보기술원 | 산화아연 나노구조체를 이용한 자외선 광전도 셀의 제조 방법 |
| KR20180006941A (ko) * | 2015-05-14 | 2018-01-19 | 베이징 인스티튜트 오브 테크놀로지 | 페로브스카이트와 폴리머의 복합 발광재료, 제조 방법 및 용도 |
| JP2017092036A (ja) * | 2015-11-16 | 2017-05-25 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 銀ナノワイヤー、その製造方法、これを含む導電体および電子素子 |
| KR20180029559A (ko) * | 2016-09-13 | 2018-03-21 | 광주과학기술원 | 금속 나노시트 기반의 시냅스 트랜지스터 및 이의 제조방법 |
| KR20190023669A (ko) * | 2017-08-30 | 2019-03-08 | 한국과학기술원 | 기능성 금속산화물 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전자소자 |
| KR20190129233A (ko) * | 2018-05-10 | 2019-11-20 | 주식회사 경신 | 차량용 통전장치 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Pei Lin 외 6명. Self-Powered UV Photosensor Based on PEDOT:PSS/ZnO Micro/Nanowire with Strain-Modulated Photoresponse, 2013 공개* * |
| Weihao Wang 외 7명. Dual role of Ag nanowires in ZnO quantum dot/Ag nanowire hybrid channel photo thin film transistors, 2018. 8. 공개.* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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