KR20210133493A - 센서 및 전자 장치 - Google Patents

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spectrum
sensor
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임동석
김래성
박인선
권오규
김창기
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삼성전자주식회사
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Abstract

반사층을 포함하는 제1 전극, 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 흡광층을 포함하고, 상기 흡광층은 제1 적외선 파장 영역에 흡수피크를 가진 제1 흡광 스펙트럼과 상기 제1 적외선 파장 영역보다 장파장 영역인 제2 적외선 파장 영역에 흡수피크를 가지고 상기 제1 흡광 스펙트럼보다 흡수 세기가 낮은 제2 흡광 스펙트럼을 가지며, 상기 제2 적외선 파장 영역에서 증폭된 외부양자효율(EQE) 스펙트럼을 나타내는 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.

Description

센서 및 전자 장치{SENSOR AND ELECTRONIC DEVICE}
센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
근래 저조도 환경에서 센서의 감도를 개선하거나 생체 인식 또는 인증 장치로 사용하기 위한 적외선 센서가 연구되고 있다. 실리콘 포토다이오드는 적외선 센서로서 사용될 수 있다. 그러나 실리콘은 가시광선 파장 스펙트럼부터 약 1000nm 미만의 근적외선 파장 스펙트럼의 광을 흡수할 수 있지만 약 1000nm 이상의 근적외선 파장 스펙트럼의 광을 흡수하는 데는 한계가 있다.
일 구현예는 약 1000nm 이상의 적외선 파장 스펙트럼의 광을 감지하는데 효과적으로 사용될 수 있는 센서를 제공한다.
다른 구현예는 상기 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 반사층을 포함하는 제1 전극, 상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 흡광층을 포함하고, 상기 흡광층은 제1 적외선 파장 영역에 흡수피크를 가진 제1 흡광 스펙트럼과 상기 제1 적외선 파장 영역보다 장파장 영역인 제2 적외선 파장 영역에 흡수피크를 가지고 상기 제1 흡광 스펙트럼보다 흡수 세기가 낮은 제2 흡광 스펙트럼을 가지며, 상기 제2 적외선 파장 영역에서 증폭된 외부양자효율(EQE) 스펙트럼을 나타내는 센서를 제공한다.
상기 제2 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 파장과 상기 제1 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 파장의 차이는 약 100nm 이상일 수 있다.
상기 제1 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 파장은 약 700nm 초과 1000nm 미만에 속할 수 있고, 상기 제2 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 파장은 약 1000nm 내지 3000nm에 속할 수 있다.
상기 제1 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 흡수 세기와 상기 제2 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 흡수 세기는 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
0.1 ≤ Abs2 /Abs1 ≤ 0.8
상기 관계식 1에서,
Abs1 은 상기 제1 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 흡수 세기이고,
Abs2 는 상기 제2 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 흡수 세기이다.
상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 반치폭은 상기 제1 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 반치폭보다 좁을 수 있다.
상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 반치폭은 약 10nm 내지 200nm일 수 있다.
상기 제2 적외선 파장 영역에서 외부양자효율(EQE)의 최대값은 약 4% 이상일 수 있다.
상기 센서는 상기 제1 전극과 상기 흡광층 사이 및 상기 제2 전극과 상기 흡광층 사이 중 적어도 하나에 위치하는 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 적외선 파장 영역에서 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크 파장은 상기 반사층과 상기 제2 전극 사이의 거리에 따라 제어될 수 있고, 상기 반사층과 상기 제2 전극 사이의 거리는 상기 흡광층의 두께 및 상기 버퍼층의 두께 중 적어도 하나에 의해 제어될 수 있다.
상기 반사층과 상기 제2 전극 사이의 거리가 클수록 상기 제2 적외선 파장 영역에서 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동할 수 있다.
상기 흡광층의 두께가 두꺼울수록 상기 제2 적외선 파장 영역에서 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동할 수 있다.
상기 버퍼층의 두께가 두꺼울수록 상기 제2 적외선 파장 영역에서 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동할 수 있다.
상기 흡광층은 상기 제1 흡광 스펙트럼과 상기 제2 흡광 스펙트럼의 흡광 특성을 가지는 근적외선 흡수 물질, 그리고 상기 근적외선 흡수 물질과 pn 접합을 형성하는 카운터 물질을 포함할 수 있고, 상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 상기 근적외선 흡수 물질과 상기 카운터 물질의 조성비에 따라 제어될 수 있다.
상기 카운터 물질에 대한 상기 근적외선 흡수 물질의 조성비가 높을수록 상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동할 수 있다.
상기 반사층은 Ag, Cu, Al, Au, Ti, Cr, Ni, 이들의 합금, 이들의 질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극은 반투과층을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 미세 공진을 형성할 수 있고, 상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 상기 미세 공진의 공명 파장에 대응할 수 있다.
상기 제2 전극은 투광층, 반투과층 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 상기 제2 전극의 상부에 위치하는 광학 보조층을 더 포함할 수 있다.
상기 광학 보조층은 서로 다른 굴절률을 가진 제1 광학 보조층과 제2 광학 보조층을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 또는 상기 제1 전극과 상기 광학 보조층은 미세 공진을 형성할 수 있고, 상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 상기 미세 공진의 공명 파장에 대응할 수 있다.
상기 제2 전극은 상기 흡광층과 마주하는 무기 나노층을 포함할 수 있고, 상기 무기 나노층은 이테르븀(Yb), 칼슘(Ca), 칼륨(K), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 리튬플로라이드(LiF) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
상기 센서는 상기 제1 전극의 하부에 위치하는 반도체 기판을 더 포함할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 흡광층을 포함하는 센서에서, 상기 센서의 흡광 스펙트럼의 최대흡수파장은 약 800nm 내지 990nm이고, 약 1100nm 이상의 파장 영역의 광을 광전변환하여 전류를 발생시키는 센서를 제공한다.
상기 센서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 약 1100nm 내지 1800nm에 속할 수 있고, 상기 센서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 반치폭은 약 10nm 내지 200nm일 수 있다.
상기 센서의 약 1100nm 이상의 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE)의 최대값은 약 4% 이상일 수 있다.
상기 센서는 상기 제1 전극과 상기 흡광층 사이 및 상기 제2 전극과 상기 흡광층 사이 중 적어도 하나에 위치하는 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은 반사층을 포함할 수 있고, 상기 센서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 상기 흡광층의 두께 및 상기 버퍼층의 두께 중 적어도 하나에 의해 제어될 수 있다.
상기 센서는 상기 제1 전극의 하부에 위치하는 반도체 기판을 더 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
약 1000nm 이상 또는 약 1100nm 이상의 적외선 파장 스펙트럼의 광을 효과적으로 센싱할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 적외선 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 2는 도 1의 적외선 센서의 일 예의 광학 스펙트럼이고,
도 3은 도 1의 적외선 센서의 일 예의 EQE 스펙트럼이고,
도 4는 일 구현예에 따른 센서의 다른 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 5는 도 4의 센서에서 광학 보조층의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 6은 일 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 7은 일 구현예에 따른 센서의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 8은 일 구현예에 따른 센서의 다른 예를 개략적으로 보여주는 사시도이고,
도 9는 도 8의 센서의 일 예를 개략적으로 보여주는 단면도이고,
도 10은 일 구현예에 따른 센서의 또 다른 예를 개략적으로 보여주는 사시도이고,
도 11은 도 10의 센서의 일 예를 개략적으로 보여주는 단면도이고,
도 12는 일 예에 따른 전자 장치의 개략 다이아그램이고,
도 13은 실시예 1에 따른 적외선 센서의 광학 스펙트럼이고,
도 14는 비교예 2에 따른 적외선 센서의 광학 스펙트럼이고,
도 15 내지 도 31은 각각 실시예 1 내지 17에 따른 적외선 센서의 적외선 파장 영역에서의 EQE 스펙트럼이고,
도 32는 비교예 1에 따른 적외선 센서의 적외선 파장 영역에서의 EQE 스펙트럼이고,
도 33은 비교예 2에 따른 적외선 센서의 적외선 파장 영역에서의 EQE 스펙트럼이다.
이하, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구현예를 상세히 설명한다. 그러나 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 일 구현예에 따른 센서를 설명한다.
일 구현예에 다른 센서는 적외선 파장 영역의 광을 감지하는 센서(이하 ‘적외선 센서’라 한다)를 포함한다. 적외선 센서는 적외선 파장 영역 중 적어도 일부의 광을 센싱하는 센서이다. 적외선 파장 영역은 예컨대 약 700nm 초과 3000nm 이하에 속할 수 있고, 예컨대 약 750nm 내지 3000nm, 약 750nm 내지 2000nm 또는 약 750nm 내지 1800nm에 속할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 적외선 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고, 도 2는 도 1의 적외선 센서의 일 예의 광학 스펙트럼이고, 도 3은 도 1의 적외선 센서의 일 예의 EQE 스펙트럼이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 적외선 센서(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120), 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 흡광층(130), 그리고 버퍼층(140, 150)을 포함한다.
기판(도시하지 않음)은 제1 전극(110) 측에 배치될 수도 있고 제2 전극(120) 측에 배치될 수 있다. 일 예로, 기판은 제1 전극(110) 측에 배치될 수 있다. 기판은 예컨대 실리콘 기판과 같은 반도체 기판; 유리 기판; 또는 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에테르술폰 또는 이들의 조합과 같은 고분자 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 기판은 생략될 수 있다.
제1 전극(110)과 제2 전극(120) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 일 예로, 제1 전극(110)은 애노드일 수 있고 제2 전극(120)은 캐소드일 수 있다. 일 예로, 제1 전극(110)은 캐소드일 수 있고 제2 전극(120)은 애노드일 수 있다.
제1 전극(110)은 반사층을 포함하는 반사 전극일 수 있다.
일 예로, 제1 전극(110)은 광학적으로 불투명한 물질을 포함하는 반사층으로 이루어질 수 있다. 반사층은 예컨대 약 10% 미만의 광 투과율을 가질 수 있으며, 예컨대 약 8% 이하, 약 7% 이하, 약 5% 이하, 약 3% 이하 또는 약 1% 이하의 광 투과율을 가질 수 있다. 반사층은 예컨대 약 10% 이상의 반사율을 가지며, 예컨대 약 20% 이상, 약 30% 이상, 약 50% 이상 또는 약 70% 이상의 반사율을 가질 수 있다. 광학적으로 불투명한 물질은 금속, 금속질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 예컨대 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 이들의 합금, 이들의 질화물(예컨대 TiN) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 반사층은 1층 또는 2층 이상일 수 있다.
일 예로, 제1 전극(110)은 광학적으로 불투명한 물질을 포함하는 반사층과 광학적으로 투명한 물질을 포함하는 투광층을 포함할 수 있다. 반사층은 상술한 바와 같다. 투광층은 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 88% 이상 또는 약 90% 이상의 높은 투과도를 가질 수 있으며, 광학적으로 투명한 도전체를 포함할 수 있다. 투광층은 예컨대 산화물 도전체, 탄소 도전체 및/또는 금속 박막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산화물 도전체는 예컨대 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide, IZO), 아연 주석 산화물(zinc tin oxide, ZTO), 알루미늄 주석 산화물(Aluminum tin oxide, ATO) 및 알루미늄 아연 산화물(Aluminum zinc oxide, AZO)에서 선택된 하나 이상일 수 있고 탄소 도전체는 그래핀 및 탄소나노체에서 선택된 하나 이상일 수 있고 금속 박막은 예컨대 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 금속 박막 또는 금속 산화물이 도핑된 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 단일 층 또는 복수 층의 금속 박막일 수 있다.
일 예로, 제1 전극(110)은 반사층으로 이루어지거나 반사층/투광층 또는 투광층/반사층/투광층의 적층 구조일 수 있다.
제2 전극(120)은 반투과층을 포함할 수 있다. 반투과층은 투광층과 반사층 사이의 광 투과율을 가질 수 있으며, 약 10 내지 70%, 약 20 내지 60% 또는 약 30 내지 50%의 광 투과율을 가질 수 있다. 반투과층은 예컨대 소정 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하고 그 외의 파장 영역의 광을 반사 또는 흡수시킬 수 있다. 반투과층은 예컨대 약 1nm 내지 50nm의 얇은 두께의 금속층 또는 합금층을 포함할 수 있으며, 예컨대 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 마그네슘-은(Mg-Ag), 마그네슘-알루미늄(Mg-Al) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2 전극(120)은 반투과층 이외에 무기 나노층을 더 포함할 수 있다. 무기 나노층은 흡광층(130)과 마주하게 위치할 수 있으며, 예컨대 반투과층의 하부에 얇은 두께로 형성될 수 있다. 예컨대 무기 나노층은 반투과층과 맞닿아 있을 수 있다. 무기 나노층은 수 나노미터 두께의 매우 얇은 박막일 수 있으며, 예컨대 약 5nm 이하, 예컨대 약 3nm 이하 또는 예컨대 약 2nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 무기 나노층은 예컨대 약 1nm 내지 5nm, 약 1nm 내지 4nm, 약 1nm 내지 3nm, 약 1nm 내지 2nm 두께를 가질 수 있다. 무기 나노층은 반투과층보다 얕은 일 함수(workfunction)를 가진 무기 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대 이테르븀(Yb)과 같은 란탄족 원소; 칼슘(Ca); 칼륨(K); 바륨(Ba); 마그네슘(Mg); 리튬플로라이드(LiF); 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 제2 전극(120)은 무기 나노층을 포함함으로써 제2 전극(120)의 흡광층(130)과 마주하는 표면의 유효 일 함수(effective workfunction)를 낮춤으로써 흡광층(130)으로부터 제2 전극(120)으로 이동하는 전하(예컨대 전자)의 추출을 용이하게 하여 잔류 전하(remaining charge carriers)를 줄이고 높은 전하 추출 효율을 나타낼 수 있다.
흡광층(130)은 적외선 파장 영역 중 일부 파장 영역의 광을 흡수하는 근적외선 흡수 물질을 포함한다. 근적외선 흡수 물질은 유기물, 무기물, 유무기물 또는 이들의 조합일 수 있다. 예컨대 근적외선 흡수 물질은 유기물일 수 있으며, 예컨대 비고분자 또는 고분자일 수 있으며, 예컨대 증착 가능한 저분자 화합물일 수 있다.
흡광층(130)의 적외선 파장 영역에서의 흡광 스펙트럼은 근적외선 흡수 물질의 흡광 스펙트럼과 실질적으로 같을 수 있다.
도 2를 참고하면, 흡광층(130)의 적외선 파장 영역에서의 흡광 스펙트럼은 적어도 둘의 피크(peaks)를 가질 수 있으며, 예컨대 적외선 파장 영역 중 비교적 단파장 영역(이하 ‘제1 적외선 파장 영역(A1)’이라 한다)에 주요 흡수피크를 가지는 제1 흡광 스펙트럼(P1)과 제1 적외선 파장 영역보다 장파장 영역(이하 '제2 적외선 파장 영역(A2)'이라 한다)에 서브 흡수피크를 가지는 제2 흡광 스펙트럼(P2)을 포함할 수 있다. 서브 흡수피크의 높이는 주요 흡수피크의 높이보다 낮을 수 있다.
제1 흡광 스펙트럼(P1)은 근적외선 흡수 물질의 주요 흡광 스펙트럼일 수 있으며, 제1 흡광 스펙트럼(P1)의 흡수피크에서의 파장(λ1)은 근적외선 흡수 물질의 최대흡수파장(λmax)일 수 있다. 제1 흡광 스펙트럼(P1)의 흡수피크에서의 파장(λ1)은 예컨대 약 700nm 초과 1000nm 미만에 속할 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 700nm 초과 990nm 이하, 약 750nm 내지 990nm, 약 780nm 내지 990nm, 약 800nm 내지 990nm, 약 820nm 내지 990nm 또는 약 850nm 내지 990nm에 속할 수 있다.
제2 흡광 스펙트럼(P2)은 제1 흡광 스펙트럼(P1)보다 흡수 세기가 낮은 서브 흡광 스펙트럼일 수 있으며, 제2 흡광 스펙트럼(P2)의 흡수피크에서의 파장(λ2)은 제1 흡광 스펙트럼(P1)의 흡수피크에서의 파장(λ1)보다 장파장일 수 있다. 예컨대 제2 흡광 스펙트럼(P2)의 흡수피크에서의 파장(λ2)과 제1 흡광 스펙트럼(P1)의 흡수피크에서의 파장(λ1)의 차이는 약 100nm 이상일 수 있으며, 예컨대 약 120nm 이상, 약 150nm 이상, 약 180nm 이상, 약 200nm 이상, 약 250nm 이상, 약 300nm 이상, 약 350nm 이상, 약 400nm 이상, 약 450nm 이상, 약 500nm 이상, 약 550nm 이상, 약 600nm 이상, 약 700nm 이상, 약 800nm 이상, 약 900nm 이상 또는 약 1000nm 이상일 수 있고, 예컨대 약 120nm 내지 2000nm, 약 150nm 내지 2000nm, 약 180nm 내지 2000nm, 약 200nm 내지 2000nm, 약 250nm 내지 2000nm, 약 300nm 내지 2000nm, 약 350nm 내지 2000nm, 약 400nm 내지 2000nm, 약 450nm 내지 2000nm, 약 500nm 내지 2000nm, 약 550nm 내지 2000nm, 약 600nm 내지 2000nm, 약 700nm 내지 2000nm, 약 800nm 내지 2000nm, 약 900nm 내지 2000nm 또는 약 1000nm 내지 2000nm일 수 있다.
예컨대 제2 흡광 스펙트럼(P2)의 흡수피크에서의 파장(λ2)은 약 1000nm 내지 3000nm에 속할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 1050nm 내지 3000nm, 약 1100nm 내지 3000nm, 약 1150nm 내지 3000nm, 약 1200nm 내지 3000nm, 약 1300nm 내지 3000nm, 약 1050nm 내지 2500nm, 약 1100nm 내지 2500nm, 약 1150nm 내지 2500nm, 약 1200nm 내지 2500nm, 약 1300nm 내지 2500nm, 약 1050nm 내지 2000nm, 약 1100nm 내지 2000nm, 약 1150nm 내지 2000nm, 약 1200nm 내지 2000nm, 약 1300nm 내지 2000nm, 약 1050nm 내지 1800nm, 약 1100nm 내지 1800nm, 약 1150nm 내지 1800nm, 약 1200nm 내지 1800nm 또는 약 1300nm 내지 1800nm에 속할 수 있다.
제1 흡광 스펙트럼(P1)의 흡수피크에서의 흡수 세기는 제2 흡광 스펙트럼(P2)의 흡수피크에서의 흡수 세기보다 클 수 있으며, 예컨대 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
0.1 ≤ Abs2 /Abs1 ≤ 0.8
상기 관계식 1에서,
Abs1 은 제1 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 흡수 세기이고,
Abs2 는 제2 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 흡수 세기이다.
일 예로, 관계식 1은 하기 관계식 1a를 만족할 수 있다.
[관계식 1a]
0.1 ≤ Abs2 /Abs1 ≤ 0.6
일 예로, 관계식 1은 하기 관계식 1b를 만족할 수 있다.
[관계식 1b]
0.1 ≤ Abs2 /Abs1 ≤ 0.5
일 예로, 관계식 1은 하기 관계식 1c를 만족할 수 있다.
[관계식 1c]
0.1 ≤ Abs2 /Abs1 ≤ 0.3
일 예로, 관계식 1은 하기 관계식 1d를 만족할 수 있다.
[관계식 1d]
0.1 ≤ Abs2 /Abs1 ≤ 0.2
한편, 흡광층(130)의 적외선 파장 영역에서의 반사 스펙트럼에서 최저 반사도를 가지는 파장은 제2 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 파장(λ2)과 같거나 ±100nm, ±80nm, ±70nm, ±50nm, ±40nm, ±30nm, ±20nm, ±10nm 또는 ±5nm 이내에 속할 수 있다.
흡광층(130)은 흡수한 광을 전기적 신호로 변환시키는 광전변환층이다. 흡광층(130)은 전술한 흡광 특성을 기초로 소정 파장 영역에서 전류를 발생시킬 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
흡광층(130)은 광전변환을 위하여 pn접합을 형성할 수 있으며, 전술한 근적외선 흡수 물질은 p형 반도체 또는 n형 반도체일 수 있다. 흡광층(130)은 근적외선 흡수 물질과 pn 접합을 형성하기 위한 카운터 물질을 더 포함할 수 있다. 예컨대 근적외선 흡수 물질이 p형 반도체일 때 카운터 물질은 n형 반도체일 수 있다. 예컨대 근적외선 흡수 물질이 n형 반도체일 때 카운터 물질은 p형 반도체일 수 있다. 카운터 물질은 예컨대 유기물, 무기물 또는 유무기물일 수 있다. 카운터 물질은 흡광 물질 또는 비흡광 물질일 수 있다.
흡광층(130)은 근적외선 흡수 물질과 카운터 물질이 벌크 이종접합(bulk heterojunction) 형태로 혼합되어 있는 혼합층을 포함할 수 있다. 혼합층은 적외선 흡수 물질과 카운터 물질을 소정의 조성비로 포함할 수 있으며, 여기서 조성비는 카운터 물질의 부피(volume) 또는 두께(thickness)에 대한 근적외선 흡수 물질의 부피 또는 두께로 정의될 수 있다.
일 예로, 근적외선 흡수 물질은 카운터 물질보다 적거나 같게 포함될 수 있으며, 예컨대 카운터 물질에 대한 근적외선 흡수 물질의 조성비는 약 0.10 내지 1.00 일 수 있다. 카운터 물질에 대한 근적외선 흡수 물질의 조성비는 상기 범위 내에서 약 0.20 내지 1.00, 약 0.20 내지 1.00, 약 0.30 내지 1.00, 약 0.40 내지 1.00 또는 약 0.50 내지 1.00일 수 있다.
흡광층(130)의 두께는 약 50nm 내지 1000nm일 수 있고 상기 범위 내에서 약 80nm 내지 1000nm, 약 100nm 내지 1000nm, 약 120nm 내지 1000nm 또는 150nm 내지 1000nm 일 수 있다.
버퍼층(140, 150)은 제1 전극(110)과 흡광층(130) 사이에 위치하는 제1 버퍼층(140)과 제2 전극(120)과 흡광층(130) 사이에 위치하는 제2 버퍼층(150)을 포함한다. 제1 버퍼층(140)과 제2 버퍼층(150)은 각각 독립적으로 흡광층(130)에서 분리된 정공 및/또는 전자의 이동성을 제어하는 전하 보조층이거나 흡광 특성을 개선하는 흡광 보조층일 수 있다. 예컨대 제1 버퍼층(140)과 제2 버퍼층(150)은 정공 주입층(hole injecting layer, HIL), 정공 수송층(hole transporting layer, HTL), 전자 차단층(electron blocking layer, EBL), 전자 주입층(electron injecting layer, EIL), 전자 수송층(electron transporting layer, ETL), 정공 차단층(hole blocking layer, HBL) 및 흡광 보조층에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 제1 버퍼층(140)과 제2 버퍼층(150)은 각각 독립적으로 유기물, 무기물, 유무기물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
버퍼층(140, 150)의 두께는 각각 독립적으로 약 2nm 내지 200nm일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 5nm 내지 200nm, 약 5nm 내지 190nm 또는 약 5nm 내지 180nm일 수 있다. 제1 버퍼층(140)과 제2 버퍼층(150) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
적외선 센서(100)는 제2 전극(120)의 상부에 위치하는 반사방지층(도시하지 않음) 및/또는 봉지재(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
적외선 센서(100)는 전술한 바와 같이, 반사층을 포함하는 제1 전극(110), 반투과층을 포함하는 제2 전극(120) 및 이들 사이에 위치하는 흡광층(130)과 버퍼층(140, 150)을 포함함으로써 미세 공진 구조(microcavity structure)를 형성할 수 있다. 미세 공진 구조에 의해 입사 광은 소정의 광로 길이(optical length) 만큼 떨어져 있는 반사층과 반투과층 사이에서 반복적으로 반사되어 소정 파장 스펙트럼의 광을 강화시킬 수 있다. 일 예로, 입사 광 중 소정 파장 스펙트럼의 광은 반사층과 반투과층 사이를 반복적으로 반사되어 개질될 수 있고 개질된 광 중 미세 공진의 공명 파장(resonance wavelength)에 해당하는 파장 스펙트럼의 광은 강화되어 좁은 파장 영역에서 증폭된 광전변환 특성을 나타낼 수 있다.
전술한 바와 같이, 흡광층(130)의 흡광 스펙트럼은 적외선 파장 영역 중 비교적 단파장 영역인 제1 적외선 파장 영역(A1)에서 주요 흡수피크를 가지는 제1 흡광 스펙트럼(P1)과 주요 흡수피크보다 장파장 영역인 제2 적외선 파장 영역(A2)에서 서브 흡수피크를 가지는 제2 흡광 스펙트럼(P2)을 포함할 수 있다.
이러한 흡광층(130)의 광학 특성을 기초로, 서브 흡수피크를 가지는 제2 적외선 파장 영역(A2)에서 증폭된 광전변환 특성을 가지도록 미세공진 구조를 형성할 수 있다. 이에 따라 적외선 센서(100)는 약 1000nm 미만의 비교적 단파장 영역에서 주요 흡수피크를 가지는 근적외선 흡수 물질을 포함하면서, 약 1000nm 이상, 예컨대 1100nm 이상의 비교적 장파장 영역의 적외선 파장 스펙트럼의 광을 효과적으로 광전변환하여 센싱할 수 있다. 이에 따라 근적외선 흡수 물질의 흡수파장의 한계를 극복하고 적외선 파장 영역 중 광전변환을 원하는 타겟 파장에 따라 적외선 센서(100)를 구현하고 효과적으로 활용할 수 있다.
적외선 센서(100)의 광전변환 특성은 광전변환효율로 표현될 수 있으며, 광전변환효율은 일반적으로 외부양자효율(external quantum efficiency, EQE)로부터 평가될 수 있다. 외부양자효율(EQE)은 입사되는 광자에 대한 추출된 전하들의 비율일 수 있다. 즉, 소정 파장 영역에 대하여 EQE가 높으면 그러한 소정 파장 영역에서 광전 변환 특성이 높고 전류를 효과적으로 발생시킬 수 있는 것을 의미할 수 있다.
도 3을 참고하면, 적외선 센서(100)는 서브 흡수피크를 가지는 제2 적외선 파장 영역(A2)에서 증폭된 광전변환 특성을 가짐에 따라 제2 적외선 파장 영역(A2)에서 증폭된 EQE 스펙트럼을 나타낼 수 있다. 여기서 증폭되었다는 것은 해당 파장 영역에서의 흡광 스펙트럼의 흡수 세기와 비교하여 EQE가 크게 높아지고 해당 파장 영역에서의 흡광 스펙트럼의 반치폭(full width half maximum, FWHM)과 비교하여 EQE 스펙트럼의 반치폭이 크게 좁아져 감지 선택성(detection selectivity)이 높아지는 것을 의미할 수 있다. 흡광 스펙트럼의 반치폭은 흡수피크의 반(half)에 대응하는 파장의 폭(width)일 수 있고, EQE 스펙트럼의 반치폭은 EQE 스펙트럼에서 EQE 최대값의 반에 대응하는 파장의 폭일 수 있다. 일 예로, 미세 공진 구조에서의 증폭된 EQE 스펙트럼은 미세 공진 구조를 형성하지 않는 적외선 센서에서의 EQE 스펙트럼과 비교하여 확인할 수 있다.
일 예로, 적외선 센서(100)의 제2 적외선 파장 영역(A2)에서의 EQE 최대값(EQEmax)은 약 4% 이상일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 5% 이상, 약 7% 이상, 약 10% 이상, 약 12% 이상, 약 15% 이상, 약 18% 이상, 약 20% 이상, 약 22% 이상, 약 25% 이상, 약 28% 이상 또는 약 30% 이상일 수 있다.
일 예로, 적외선 센서(100)의 제2 적외선 파장 영역(A2)에서의 EQE 스펙트럼의 반치폭은 제1 적외선 파장 영역(A1)에서의 EQE 스펙트럼의 반치폭보다 좁을 수 있다. 예컨대, 적외선 센서(100)의 제2 적외선 파장 영역(A2)에서의 EQE 스펙트럼의 반치폭은 약 300nm 이하일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 280nm 이하, 약 260nm 이하, 약 240nm 이하, 약 220nm 이하, 약 200nm 이하, 약 180nm 이하, 약 160nm 이하, 약 150nm 이하, 약 120nm 이하, 약 100nm 이하, 약 10nm 내지 300nm, 약 10nm 내지 280nm, 약 10nm 내지 260nm, 약 10nm 내지 240nm, 약 10nm 내지 220nm, 약 10nm 내지 200nm, 약 10nm 내지 180nm, 약 10nm 내지 160nm, 약 10nm 내지 150nm, 약 10nm 내지 120nm 또는 약 10nm 내지 100nm 일 수 있다.
적외선 센서(100)는 미세 공진 구조의 공명 파장을 조절하여 제2 적외선 파장 영역(A2)에 속한 피크 파장(peak wavelength)(λpeak,EQE)을 가진 증폭된 EQE 스펙트럼을 얻을 수 있다. 예컨대 제2 적외선 파장 영역(A2)에 속한 피크 파장 (λpeak,EQE)은 미세 공진 구조의 공명 파장에 대응할 수 있다. 예컨대 제2 적외선 파장 영역(A2)에 속한 피크 파장(λpeak,EQE)은 흡광 스펙트럼에서 흡수 피크에서의 파장 또는 반사 스펙트럼에서 최저 반사도를 나타내는 파장과 같거나 ±100nm, ±80nm, ±70nm, ±50nm, ±40nm, ±30nm, ±20nm, ±10nm 또는 ±5nm 이내에 속할 수 있다. 제2 적외선 파장 영역(A2)에 속한 피크 파장(λpeak,EQE)은 예컨대 약 1000nm 내지 3000nm에 속할 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 1050nm 내지 3000nm, 약 1100nm 내지 3000nm, 약 1150nm 내지 3000nm, 약 1200nm 내지 3000nm, 약 1300nm 내지 3000nm, 약 1050nm 내지 2500nm, 약 1100nm 내지 2500nm, 약 1150nm 내지 2500nm, 약 1200nm 내지 2500nm, 약 1300nm 내지 2500nm, 약 1050nm 내지 2000nm, 약 1100nm 내지 2000nm, 약 1150nm 내지 2000nm, 약 1200nm 내지 2000nm, 약 1300nm 내지 2000nm, 약 1050nm 내지 1800nm, 약 1100nm 내지 1800nm, 약 1150nm 내지 1800nm, 약 1200nm 내지 1800nm 또는 약 1300nm 내지 1800nm에 속할 수 있다.
EQE 스펙트럼의 피크 파장(λpeak,EQE)은 다양한 요인에 의해 제어될 수 있으며, 예컨대 반사층과 반투과층 사이의 거리인 광로 길이 및/또는 반사층과 반투과층 사이의 광학 특성 등에 의해 제어될 수 있다.
일 예로, 적외선 센서(100)의 EQE 스펙트럼의 피크 파장(λpeak,EQE)은 광로 길이에 의해 결정될 수 있으며, 반사층과 반투과층 사이의 거리인 광로 길이가 클수록 EQE 스펙트럼의 피크 파장(λpeak,EQE)은 장파장 영역으로 이동할 수 있다.
일 예로, 도 1의 적외선 센서(100)에서, 제2 적외선 파장 영역(A2)에서의 EQE 스펙트럼의 피크 파장(λpeak,EQE)은 흡광층(130)의 두께와 버퍼층(140, 150)의 두께 중 적어도 하나에 의해 제어될 수 있다.
일 예로, 제2 적외선 파장 영역(A2)에서의 EQE 스펙트럼의 피크파장 (λpeak,EQE)은 흡광층(130)의 두께에 의해 제어될 수 있다. 예컨대 흡광층(130)의 두께가 두꺼울수록 제2 적외선 파장 영역(A2)에서 EQE 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동할 수 있다.
일 예로, 제2 적외선 파장 영역(A2)에서의 EQE 스펙트럼의 피크파장 (λpeak,EQE)은 버퍼층(140, 150)의 두께에 의해 제어될 수 있다. 예컨대 버퍼층(140, 150)의 두께가 두꺼울수록 제2 적외선 파장 영역(A2)에서 EQE 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동할 수 있다.
일 예로, 제2 적외선 파장 영역(A2)에서의 EQE 스펙트럼의 피크파장 (λpeak,EQE)은 흡광층(130)의 두께와 버퍼층(140, 150)의 두께의 합에 의해 제어될 수 있다. 예컨대 흡광층(130)의 두께와 버퍼층(140, 150)의 두께의 합이 커질수록 제2 적외선 파장 영역(A2)에서 EQE 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동할 수 있다.
일 예로, 제2 적외선 파장 영역(A2)에서의 EQE 스펙트럼의 피크파장 (λpeak,EQE)은 흡광층(130)에 포함된 근적외선 흡수 물질의 흡수 계수에 의해 제어될 수 있다. 예컨대 근적외선 흡수 물질의 흡수 계수가 높을수록 제2 적외선 파장 영역(A2)에서 EQE 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동할 수 있다.
일 예로, 제2 적외선 파장 영역(A2)에서의 EQE 스펙트럼의 피크파장 (λpeak,EQE)은 흡광층(130)에 포함된 근적외선 흡수 물질과 카운터 물질의 조성비(부피비 또는 두께비)에 따라 제어될 수 있다. 예컨대 카운터 물질에 대한 근적외선 흡수 물질의 조성비(부피비 또는 두께비)가 높을수록 제2 적외선 파장 영역(A2)에서 EQE 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동할 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 따른 적외선 센서(100)는 적외선 파장 영역 중 광전변환을 원하는 타겟 파장을 선택하고 그러한 타겟 파장을 제어할 수 있는 구조를 가짐으로써 원하는 타겟 파장에 따라 적외선 센서(100)를 구현하고 효과적으로 활용할 수 있다. 특히, 약 1000nm 이상, 예컨대 약 1100nm 이상 또는 예컨대 약 1200nm 이상의 파장 영역과 같이, 타겟 파장이 실리콘 포토다이오드에서 감지할 수 없는 장파장 영역에 속하는 경우에도 효과적으로 광전변환하여 적외선 센서(100)의 활용 범위를 넓힐 수 있다.
도 4는 일 구현예에 따른 센서의 다른 일 예를 보여주는 단면도이고, 도 5는 도 4의 센서에서 광학 보조층의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 4를 참고하면, 본 구현예에 따른 적외선 센서(100)는 전술한 구현예와 마찬가지로, 제1 전극(110), 제2 전극(120), 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 흡광층(130), 그리고 버퍼층(140, 150)을 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 적외선 센서(100)는 전술한 구현예와 달리 광학 보조층(160)을 더 포함한다.
광학 보조층(160)은 입사 광 중 소정 파장 영역의 광을 선택적으로 투과시키고 그 이외의 파장 영역의 광을 반사 및/또는 흡수시킬 수 있다. 즉 광학 보조층(160)은 선택적 투과 층일 수 있으며, 예컨대 반투과층일 수 있다.
도 5를 참고하면, 광학 보조층(160)은 서로 다른 굴절률을 가진 제1 광학 보조층(160a)과 제2 광학 보조층(160b)을 포함한다. 제1 광학 보조층(160a)과 제2 광학 보조층(160b) 중 어느 하나는 고굴절률 층일 수 있으며, 적외선 파장 영역에서 약 1.55 이상, 예컨대 약 1.55 내지 1.90의 굴절률을 가질 수 있다. 제1 광학 기능층(160a)과 제2 광학 기능층(160b) 중 다른 하나는 저굴절률 층일 수 있으며, 적외선 파장 영역에서 약 1.55 미만, 예컨대 약 1.20 이상 1.55 미만의 굴절률을 가질 수 있다. 예컨대 제1 광학 기능층(160a)은 알루미늄 산화물, 유기 버퍼 물질, 무기 버퍼 물질 또는 이들의 조합일 수 있고 제2 광학 기능층(160b)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 광학 보조층(160b)의 두께는 제1 광학 기능층(160a)의 두께와 같거나 그보다 두꺼울 수 있으며, 예컨대 제2 광학 기능층(160b)의 두께는 제1 광학 기능층(160a)의 두께의 약 1.0배 내지 5.0배 일 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 1.2배 내지 5배, 약 2배 내지 5배 또는 약 3배 내지 5배일 수 있다.
광학 보조층(160)은 제1 광학 보조층(160a)과 제2 광학 보조층(160b) 외에 추가적인 층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
광학 보조층(160)은 반투과층이므로, 전술한 구현예와 달리, 제2 전극(120)이 별도의 반투과층을 포함하지 않을 수 있다. 즉, 제2 전극(120)은 투광층, 반투과층 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 예컨대 제2 전극(120)과 광학 보조층(160)은 각각 반투과층일 수 있다. 예컨대 제2 전극(120)은 투광층이고 광학 보조층(160)은 반투과층일 수 있다.
투광층은 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 88% 이상 또는 약 90% 이상의 높은 투과도를 가질 수 있으며, 광학적으로 투명한 도전체를 포함할 수 있다. 투광층은 예컨대 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 아연 주석 산화물(ZTO), 알루미늄 주석 산화물(ATO) 및 알루미늄 아연 산화물(AZO)과 같은 산화물 도전체; 그래핀 및 탄소나노체과 같은 탄소 도전체; 및/또는 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 금속 박막 또는 금속 산화물이 도핑된 수 나노미터 내지 수십 나노미터 두께의 얇은 두께로 형성된 단일 층 또는 복수 층의 금속 박막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 구현예에 따른 적외선 센서(100)는 반사층을 포함하는 제1 전극(110), 반투과층을 포함하는 제2 전극(120) 및/또는 광학 보조층(160) 및 이들 사이에 위치하는 흡광층(130)과 버퍼층(140, 150)을 포함함으로써 미세 공진 구조를 형성할 수 있고, 전술한 바와 같이 미세 공진의 공명 파장에 해당하는 파장 스펙트럼의 광을 강화시켜 좁은 파장 영역에서 증폭된 광전변환 특성을 나타낼 수 있다. 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
적외선 센서(100)는 적외선 파장 영역의 광을 센싱하기 위한 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 예컨대 이미지 센서의 저조도 환경에서의 감도를 개선하기 위한 센서, 흑백 명암의 상세 구분을 하는 동적 범위(dynamic range)를 넓힘으로써 3차원 이미지의 감지 능력을 높이기 위한 센서, 보안용 센서, 차량용 센서 또는 생체 인식 센서 등에 적용될 수 있으며, 생체 인식 센서는 예컨대 홍채 센서, 거리 센서, 지문 센서 또는 혈관 분포 센서 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 적외선 센서(100)는 예컨대 CMOS 적외선 센서 또는 CMOS 이미지 센서에 적용될 수 있다.
도 6은 일 구현예에 따른 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
일 구현예에 따른 센서(300)는 반도체 기판(40), 절연층(80) 및 적외선 센서(100)를 포함한다.
반도체 기판(40)은 실리콘 기판일 수 있으며, 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 전하 저장소(55)는 각 화소마다 집적되어 있을 수 있다. 전하 저장소(55)는 적외선 센서(100)와 전기적으로 연결되어 있고 전하 저장소(55)의 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다.
반도체 기판(40) 위에는 또한 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 금속 배선 및 패드는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 반도체 기판(40)의 하부에 위치할 수도 있다.
금속 배선 및 패드 위에는 절연층(80)이 형성되어 있다. 절연층(80)은 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다. 절연층(80)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치(85)를 가진다. 트렌치는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
절연층(80) 위에는 전술한 적외선 센서(100)가 형성되어 있다. 적외선 센서(100)는 전술한 바와 같이 제1 전극(110), 제2 전극(120), 흡광층(130) 및 버퍼층(140, 150)을 포함한다. 적외선 센서(100)는 선택적으로 전술한 광학 보조층(160), 반사방지층 및/또는 봉지재를 더 포함할 수 있다. 적외선 센서(100)에 관한 설명은 전술한 바와 같다. 적외선 센서(100)는 행 및/또는 열을 따라 배열될 수 있으며, 예컨대 매트릭스 형태로 배열되어 있을 수 있다.
적외선 센서(100) 위에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 일 구현예에 따른 센서의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
본 구현예에 따른 센서는 기능이 다른 복수의 센서를 포함할 수 있고 기능이 다른 복수의 센서는 반도체 기판(40)의 두께 방향을 따라 적층되어 있을 수 있다.
일 예로, 기능이 다른 복수의 센서는 적외선 센서 및/또는 이미지 센서일 수 있으며, 예컨대 이미지 센서의 저조도 환경에서의 감도를 개선하기 위한 센서, 흑백 명암의 상세 구분을 하는 동적 범위를 넓힘으로써 3차원 이미지의 감지 능력을 높이기 위한 센서, 보안용 센서, 차량용 센서, 생체 인식 센서 및 이미지 센서에서 독립적으로 선택되어 조합될 수 있다. 이미지 센서는 적색 파장 영역, 녹색 파장 영역, 청색 파장 영역 또는 이들의 조합의 광을 흡수하고 감지할 수 있다.
일 예로, 복수의 센서는 두 개의 적외선 센서를 포함할 수 있다. 예컨대 복수의 센서는 적외선 파장 영역 내에서 제1 파장을 가진 적외선 영역의 광을 감지하는 제1 적외광 센서와 적외선 파장 영역 내에서 제2 파장을 가진 적외광을 감지하는 제2 적외광 센서를 포함할 수 있다.
제1 파장과 제2 파장은 예컨대 약 700nm 초과 3000nm 이하의 파장 영역 내에서 서로 다를 수 있으며, 예컨대 제1 파장과 제2 파장의 차이는 약 30nm 이상일 수 있고 상기 범위 내에서 약 50nm 이상일 수 있고 약 70nm 이상일 수 있고 약 80nm 이상일 수 있고 약 90nm 이상일 수 있다.
일 예로, 제1 파장과 제2 파장 중 하나는 약 750nm 이상 1000nm 미만의 파장 영역에 속할 수 있고, 제1 파장과 제2 파장 중 다른 하나는 약 1000nm 내지 3000nm의 파장 영역에 속할 수 있다.
일 예로, 복수의 센서는 하나의 적외선 센서와 하나의 이미지 센서를 포함할 수 있다. 예컨대 복수의 센서는 전술한 적외선 센서와 적색 파장 영역, 녹색 파장 영역, 청색 파장 영역 또는 이들의 조합의 광을 감지하는 이미지 센서의 적층 구조일 수 있다.
도 7을 참고하면, 본 구현예에 따른 센서(300)는 상부 센서(200), 절연층(80), 적외선 센서(100) 및 반도체 기판(40)을 포함한다. 상부 센서(200)와 적외선 센서(100)는 적층되어 있다.
상부 센서(200)는 적외선 센서 또는 이미지 센서일 수 있다.
상부 센서(200)는 광전변환소자일 수 있으며, 하부 전극(210), 상부 전극(220), 흡광층(230) 및 버퍼층(240, 250)을 포함할 수 있다. 하부 전극(210)과 상부 전극(220) 중 어느 하나는 애노드이고 다른 하나는 캐소드일 수 있다. 흡광층(230)은 적외선 파장 영역 또는 가시광선 파장 영역의 광을 흡수할 수 있다. 가시광선 파장 영역의 광은 적색 파장 영역, 녹색 파장 영역, 청색 파장 영역 또는 이들의 조합일 수 있다. 상부 센서(200)의 흡광층(230)에서 흡수하는 적외선 파장 영역은 적외선 센서(100)에서 감지하는 적외선 파장 영역과 중첩하지 않을 수 있다. 버퍼층(240, 250)은 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 전자주입층, 전자수송층, 정공차단층, 광학 보조층 또는 이들의 조합일 수 있다.
적외선 센서(100)는 전술한 바와 같다.
상부 센서(200)와 적외선 센서(100) 사이에는 절연층(80)이 형성되어 있다. 절연층(80)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치(85)를 가지며, 트렌치(85)는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
반도체 기판(40)은 전술한 바와 같고, 전하 저장소(55)는 적외선 센서(100)의 제1 전극(110) 또는 상부 센서(200)의 하부 전극(210)과 전기적으로 연결되어 있다.
적외선 센서(100)와 반도체 기판(40) 사이에는 절연층(60)이 형성되어 있다. 절연층(60)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치(65)를 가지며, 트렌치(65)는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
도 8은 일 구현예에 따른 센서의 다른 예를 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 9는 도 8의 센서의 일 예를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 8 및 9를 참고하면, 본 구현예에 따른 센서(300)는 반도체 기판(40), 적외선 센서(100) 및 이미지 센서(200)를 포함한다. 이미지 센서(200)는 적색 파장 영역의 광을 감지하는 적색 센서(200a), 녹색 파장 영역의 광을 감지하는 녹색 센서(200b) 및 청색 파장 영역의 광을 감지하는 청색 센서(200c)를 포함한다.
적외선 센서(100), 적색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 청색 센서(200c)는 반도체 기판(40)의 표면과 나란한 방향으로 배열되어 있으며, 각각 반도체 기판(40)에 집적되어 있는 전하 저장소(55)에 전기적으로 연결되어 있다. 적외선 센서(100), 적색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 청색 센서(200c)는 각각 광전변환소자일 수 있다.
적외선 센서(100)는 전술한 바와 같다.
적색 센서(200a)는 하부 전극(210a), 적색 흡광층(230a), 상부 전극(220a) 및 버퍼층(240a, 250a)을 포함한다. 녹색 센서(200b)는 하부 전극(210b), 녹색 흡광층(230b), 상부 전극(220b) 및 버퍼층(240b, 250b)을 포함한다. 청색 센서(200c)는 하부 전극(210c), 청색 흡광층(230c), 상부 전극(220c) 및 버퍼층(240c, 250c)을 포함한다. 적색 흡광층(230a)은 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 광전변환할 수 있고 녹색 흡광층(230b)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 광전변환할 수 있고 청색 흡광층(230c)은 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 광전변환할 수 있다. 하부 전극(210a, 210b, 210c)과 상부 전극(220a, 220b, 220c)은 각각 투광 전극일 수 있다. 적색 흡광층(230a), 녹색 흡광층(230b) 및 청색 흡광층(230c)은 각각 독립적으로 무기 흡광 물질, 유기 흡광 물질, 유무기 흡광 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 예컨대 적색 흡광층(230a), 녹색 흡광층(230b) 및 청색 흡광층(230c) 중 적어도 하나는 유기 흡광 물질을 포함할 수 있다. 버퍼층(240a, 240b, 240c, 250a, 250b, 250c) 중 적어도 하나는 생략될 수 있다.
도 10은 일 구현예에 따른 센서의 또 다른 예를 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 11은 도 10의 센서의 일 예를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 10 및 11을 참고하면, 본 구현예에 따른 센서(300)는 반도체 기판(40), 적외선 센서(100), 이미지 센서(200) 및 절연층(80)을 포함한다.
이미지 센서(200)는 적색 파장 영역의 광을 감지하는 적색 센서(200a), 녹색 파장 영역의 광을 감지하는 녹색 센서(200b) 및 청색 파장 영역의 광을 감지하는 청색 센서(200c)를 포함한다.
적외선 센서(100)과 이미지 센서(200)는 반도체 기판(40)의 두께 방향을 따라 적층되어 있다. 일 예로, 적외선 센서(100)는 하부에 위치되어 있고 이미지 센서(200)는 상부에 위치되어 있다. 도면에서는 적색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 청색 센서(200c)가 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였지만, 적색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 청색 센서(200c)의 적층 순서는 다양할 수 있다.
적외선 센서(100), 적색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 청색 센서(200c)는 전술한 바와 같다.
적외선 센서(100), 적색 센서(200a), 녹색 센서(200b) 및 청색 센서(200c)는 각각 반도체 기판(40)에 집적되어 있는 전하 저장소(55)에 전기적으로 연결되어 있다. 반도체 기판(40)과 적외선 센서(100) 사이, 적외선 센서(100)와 이미지 센서(200) 사이에는 각각 절연층(80a, 80b, 80c, 80d)이 위치되어 있다.
상술한 센서는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있으며, 예컨대 모바일 폰, 디지털 카메라, 생체인식 장치, 보안 장치 및/또는 자동차 전자부품 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12는 일 예에 따른 전자 장치의 개략 다이아그램이다.
도 12를 참고하면, 전자 장치(1300)는 버스(bus)(1310)를 통해 전기적으로 연결된 프로세서(1320), 메모리(1330), 센서(1340) 및 표시 장치(1350)를 포함한다. 센서(1340)는 전술한 센서(300)일 수 있다. 프로세서(1320)는 저장 프로그램을 수행하여 하나 이상의 기능을 수행할 수 있다. 프로세서(1320)는 저장 프로그램을 추가로 수행하여 표시 장치(1350) 위에 이미지를 나타낼 수도 있다. 프로세서(1320)는 출력을 발생시킬 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 　다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예: 적외선 센서의 제조
실시예 1 내지 17
Ag 반사판 위에 트리페닐아민 유도체를 증착하여 하부 버퍼층을 형성한다. 이어서 하부 버퍼층 위에 주석 나프탈로시아닌(Sn-naphthaloxyanine)(근적외선 흡수 물질(A), p형 반도체)과 C60(카운터 물질(B), n형 반도체)을 표 1에 기재된 두께비(부피비)가 되도록 공증착하여 흡광층을 형성한다. 이어서 흡광층 위에 C60을 증착하여 상부 버퍼층을 형성하고 그 위에 은(Ag)을 30nm 두께로 증착하여 상부 전극을 형성한다. 이어서 상부 전극 위에 알루미늄 산화물(Al2O3) 100nm와 실리콘 산질화물(SiON) 200nm를 차례로 형성하여 적외선 센서를 제조한다.
하부 버퍼층, 흡광층 및 상부 버퍼층의 두께와 흡광층 내의 조성비(두께비)는 표 1과 같다.
두께(nm) 흡광층의 조성비(A:B)
하부 버퍼층 흡광층 상부 버퍼층 총 두께
실시예 1 10 200 30 240 60:140
실시예 2 20 200 30 250 60:140
실시예 3 20 200 30 250 100:100
실시예 4 10 210 50 270 60:150
실시예 5 20 210 50 280 60:150
실시예 6 30 210 50 290 60:150
실시예 7 10 210 45 265 60:150
실시예 8 10 210 50 270 60:150
실시예 9 10 210 70 290 60:150
실시예 10 20 190 30 240 50:140
실시예 11 20 200 30 250 60:140
실시예 12 20 215 30 265 75:140
실시예 13 20 260 30 310 120:140
실시예 14 100 360 100 560 110:250
실시예 15 100 360 150 610 110:250
실시예 16 100 130 80 310 40:90
실시예 17 100 100 120 320 30:70
* 실시예 2와 실시예 11은 동일 / 실시예 4와 실시예 8은 동일
실시예 18 내지 20
은(Ag)을 증착하는 대신 ITO를 스퍼터링하여 7nm 두께의 상부 전극을 형성하고 그 위에 알루미늄 산화물(Al2O3)과 실리콘 산질화물(SiON)을 표 2에 기재된 두께로 차례로 증착한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
광학 보조층의 두께(nm)
알루미늄 산화물(Al2O3) 실리콘 산질화물(SiON)
실시예 18 100 200
실시예 19 100 350
실시예 20 100 400
비교예 1
유리 기판 위에 ITO를 스퍼터링하여 150nm 두께의 하부 전극을 형성한다. 이어서 ITO 전극 위에 트리페닐아민 유도체를 증착하여 10nm 두께의 하부 버퍼층을 형성한다. 이어서 하부 버퍼층 위에 주석 나프탈로시아닌(Sn-naphthaloxyanine)(근적외선 흡수 물질(A), p형 반도체)과 C60(카운터 물질(B), n형 반도체)을 80:250 의 두께비가 되도록 공증착하여 330nm 두께의 흡광층을 형성한다. 이어서 흡광층 위에 C60을 증착하여 30nm 두께의 상부 버퍼층을 형성하고 그 위에 ITO를 스퍼터링하여 7nm 두께의 상부 전극을 형성한다. 이어서 상부 전극 위에 알루미늄 산화물(Al2O3) 100nm와 실리콘 산질화물(SiON) 200nm를 차례로 형성하여 적외선 센서를 제조한다.
비교예 2
주석 나프탈로시아닌 대신 실리콘 나프탈로시아닌(Si-naphthalocyanine)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 적외선 센서를 제조한다.
평가 I
실시예와 비교예에 따른 적외선 센서의 적외선 파장 영역에서의 광학 스펙트럼을 평가한다.
도 13은 실시예 1에 따른 적외선 센서의 광학 스펙트럼이고, 도 14는 비교예 2에 따른 적외선 센서의 광학 스펙트럼이다.
도 13을 참고하면, 실시예 1에 따른 적외선 센서의 흡광 스펙트럼은 약 700nm 초과 1000nm 미만의 파장 영역에서 최대흡수파장(λmax)을 가진 주요 흡광 스펙트럼과 약 1100nm 이상의 파장 영역에서 소정의 흡수 세기(Abs2/Abs1≥0.1)를 가진 서브 흡광 스펙트럼을 포함하는 것을 확인할 수 있다.
이에 반해, 도 14를 참고하면, 비교예 2에 따른 적외선 센서의 흡광 스펙트럼은 약 700nm 초과 1000nm 미만의 파장 영역에서 최대흡수파장(λmax)을 가진 주요 흡광 스펙트럼을 포함하지만 약 1100nm 이상의 파장 영역에서 소정의 흡수 세기(Abs2/Abs1≥0.1)를 가진 서브 흡광 스펙트럼을 가지지 못하는 것을 확인할 수 있다.
평가 II
실시예와 비교예에 따른 적외선 센서의 광전변환효율 및 감지 선택성을 평가한다.
광전변환효율은 EQE 스펙트럼에서 EQE 최대값(EQEmax)으로부터 평가하며, 3V에서 800nm 내지 1500nm 파장 영역에서 Incident Photon to Current Efficiency (IPCE) 방법으로 평가한다.
센서의 감지 선택성은 1000nm 이상의 파장 영역에서 나타나는 EQE 스펙트럼의 반치폭(FWHM)으로부터 평가한다.
그 결과는 표 3과 도 15 내지 도 33과 같다.
도 15 내지 도 31는 각각 실시예 1 내지 17에 따른 적외선 센서의 적외선 파장 영역에서의 EQE 스펙트럼이고, 도 32는 비교예 1에 따른 적외선 센서의 적외선 파장 영역에서의 EQE 스펙트럼이고, 도 33은 비교예 2에 따른 적외선 센서의 적외선 파장 영역에서의 EQE 스펙트럼이다.
λpeak,EQE (nm) EQEmax (%) FWHM (nm)
실시예 1 1190 29 70
실시예 2 1240 21 35
실시예 3 1270 20 76
실시예 4 1305 10 37
실시예 5 1320 9 36
실시예 6 1340 10 37
실시예 7 1280 11 50
실시예 8 1305 10 37
실시예 9 1370 4 53
실시예 10 1190 16 40
실시예 11 1240 21 34
실시예 12 1315 11 32
실시예 13 1405 7 37
실시예 14 1230 12 50
실시예 15 1310 4.4 32
실시예 16 1300 8.3 39
실시예 17 1370 2.3 45
실시예 18 1010 43 > 100, < 300
실시예 19 1100 20 > 100, < 300
실시예 20 1200 5 > 100, < 300
비교예 1 900 30 > 300
비교예 2 1290 0.05 40
표 3과 도 15 내지 도 33을 참고하면, 실시예에 따른 적외선 센서는 비교예에 따른 적외선 센서와 달리 약 1000nm 초과의 파장 영역에서 증폭된 EQE 스펙트럼을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 1, 2, 4 내지 6에 따른 적외선 센서의 EQE 스펙트럼을 비교하면, 하부 버퍼층의 두께에 따라 EQE 스펙트럼의 피크파장이 이동하는 것을 확인할 수 있으며, 구체적으로 하부 버퍼층의 두께가 두꺼울수록 EQE 스펙트럼의 피크파장이 장파장 영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 7 내지 9, 14 및 15에 따른 적외선 센서의 EQE 스펙트럼을 비교하면, 상부 버퍼층의 두께에 따라 EQE 스펙트럼의 피크파장이 이동하는 것을 확인할 수 있으며, 구체적으로 상부 버퍼층의 두께가 두꺼울수록 EQE 스펙트럼의 피크파장이 장파장 영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 10 내지 13에 따른 적외선 센서의 EQE 스펙트럼을 비교하면, 흡광층의 두께에 따라 EQE 스펙트럼의 피크파장이 이동하는 것을 확인할 수 있으며, 구체적으로 흡광층의 두께가 두꺼울수록 EQE 스펙트럼의 피크파장이 장파장 영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 2, 3에 따른 적외선 센서의 EQE 스펙트럼을 비교하면, 흡광층의 조성비에 따라 EQE 스펙트럼의 피크파장이 이동하는 것을 확인할 수 있으며, 구체적으로 흡광층의 근적외선 흡수 물질의 조성비가 높을수록 EQE 스펙트럼의 피크파장이 장파장 영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 18 내지 20에 따른 적외선 센서의 EQE 스펙트럼을 비교하면, 광학 보조층의 두께 비율에 따라 EQE 스펙트럼의 피크파장이 이동하는 것을 확인할 수 있으며, 구체적으로 고굴절률 층과 저굴절률층의 두께 비가 커질수록 EQE 스펙트럼의 피크파장이 장파장 영역으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리범위에 속하는 것이다.
40: 반도체 기판
60, 80: 절연층
65, 85: 트렌치
100: 적외선 센서
110: 제1 전극
120: 제2 전극
130: 흡광층
140, 150: 버퍼층
160: 광학 보조층
200: 상부 센서
300: 센서
350: 광 필터
1300: 전자 장치

Claims (29)

  1. 반사층을 포함하는 제1 전극,
    상기 제1 전극과 마주하는 제2 전극, 그리고
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 흡광층
    을 포함하고,
    상기 흡광층은 제1 적외선 파장 영역에 흡수피크를 가진 제1 흡광 스펙트럼과 상기 제1 적외선 파장 영역보다 장파장 영역인 제2 적외선 파장 영역에 흡수피크를 가지고 상기 제1 흡광 스펙트럼보다 흡수 세기가 낮은 제2 흡광 스펙트럼을 가지며,
    상기 제2 적외선 파장 영역에서 증폭된 외부양자효율(EQE) 스펙트럼을 나타내는 센서.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 파장과 상기 제1 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 파장의 차이는 100nm 이상인 센서.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 파장은 700nm 초과 1000nm 미만에 속하고,
    상기 제2 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 파장은 1000nm 내지 3000nm에 속하는
    센서.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 흡수 세기와 상기 제2 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 흡수 세기는 하기 관계식 1을 만족하는 센서:
    [관계식 1]
    0.1 ≤ Abs2 /Abs1 ≤ 0.8
    상기 관계식 1에서,
    Abs1 은 상기 제1 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 흡수 세기이고,
    Abs2 는 상기 제2 흡광 스펙트럼의 흡수피크에서의 흡수 세기이다.
  5. 제1항에서,
    상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 반치폭은 상기 제1 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 반치폭보다 좁은 센서.
  6. 제1항에서,
    상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 반치폭은 10nm 내지 200nm인 센서.
  7. 제1항에서,
    상기 제2 적외선 파장 영역에서 외부양자효율(EQE)의 최대값은 4% 이상인 센서.
  8. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 상기 흡광층 사이 및 상기 제2 전극과 상기 흡광층 사이 중 적어도 하나에 위치하는 버퍼층을 더 포함하는 센서.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 적외선 파장 영역에서 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크 파장은 상기 반사층과 상기 제2 전극 사이의 거리에 따라 제어되고,
    상기 반사층과 상기 제2 전극 사이의 거리는 상기 흡광층의 두께 및 상기 버퍼층의 두께 중 적어도 하나에 의해 제어되는 센서.
  10. 제9항에서,
    상기 반사층과 상기 제2 전극 사이의 거리가 클수록 상기 제2 적외선 파장 영역에서 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동하는 센서.
  11. 제9항에서,
    상기 흡광층의 두께가 두꺼울수록 상기 제2 적외선 파장 영역에서 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동하는 센서.
  12. 제9항에서,
    상기 버퍼층의 두께가 두꺼울수록 상기 제2 적외선 파장 영역에서 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동하는 센서.
  13. 제1항에서,
    상기 흡광층은
    상기 제1 흡광 스펙트럼과 상기 제2 흡광 스펙트럼의 흡광 특성을 가지는 근적외선 흡수 물질, 그리고
    상기 근적외선 흡수 물질과 pn 접합을 형성하는 카운터 물질
    을 포함하고,
    상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 상기 근적외선 흡수 물질과 상기 카운터 물질의 조성비에 따라 제어되는 센서.
  14. 제13항에서,
    상기 카운터 물질에 대한 상기 근적외선 흡수 물질의 조성비가 높을수록 상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 장파장 영역으로 이동하는 센서.
  15. 제1항에서,
    상기 반사층은 Ag, Cu, Al, Au, Ti, Cr, Ni, 이들의 합금, 이들의 질화물 또는 이들의 조합을 포함하는 센서.
  16. 제1항에서,
    상기 제2 전극은 반투과층을 포함하는 센서.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 미세 공진을 형성하고,
    상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 상기 미세 공진의 공명 파장에 대응하는 센서.
  18. 제1항에서,
    상기 제2 전극은 투광층, 반투과층 또는 이들의 조합을 포함하고,
    상기 제2 전극의 상부에 위치하는 광학 보조층을 더 포함하는 센서.
  19. 제18항에서,
    상기 광학 보조층은 서로 다른 굴절률을 가진 제1 광학 보조층과 제2 광학 보조층을 포함하는 센서.
  20. 제18항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 또는 상기 제1 전극과 상기 광학 보조층은 미세 공진을 형성하고,
    상기 제2 적외선 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 상기 미세 공진의 공명 파장에 대응하는 센서.
  21. 제1항에서,
    상기 제2 전극은 상기 흡광층과 마주하는 무기 나노층을 포함하고,
    상기 무기 나노층은 이테르븀(Yb), 칼슘(Ca), 칼륨(K), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 리튬플로라이드(LiF) 또는 이들의 합금을 포함하는 센서.
  22. 제1항에서,
    상기 제1 전극의 하부에 위치하는 반도체 기판을 더 포함하는 센서.
  23. 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 흡광층
    을 포함하는 센서에서,
    상기 센서의 흡광 스펙트럼의 최대흡수파장은 800nm 내지 990nm이고,
    상기 센서는 1100nm 이상의 파장 영역의 광을 광전변환하여 전류를 발생시키는 센서.
  24. 제23항에서,
    상기 센서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 1100nm 내지 1800nm에 속하고,
    상기 센서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 반치폭은 10nm 내지 200nm인 센서.
  25. 제23항에서,
    상기 센서의 1100nm 이상의 파장 영역에서의 외부양자효율(EQE)의 최대값은 4% 이상인 센서.
  26. 제23항에서,
    상기 제1 전극과 상기 흡광층 사이 및 상기 제2 전극과 상기 흡광층 사이 중 적어도 하나에 위치하는 버퍼층을 더 포함하는 센서.
  27. 제26항에서,
    상기 제1 전극은 반사층을 포함하고,
    상기 센서의 외부양자효율(EQE) 스펙트럼의 피크파장은 상기 흡광층의 두께 및 상기 버퍼층의 두께 중 적어도 하나에 의해 제어되는 센서.
  28. 제23항에서,
    상기 제1 전극의 하부에 위치하는 반도체 기판을 더 포함하는 센서.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 따른 센서를 포함하는 전자 장치.

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