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KR102523974B1 - 전하 배리어층을 포함한 광전 소자 - Google Patents

전하 배리어층을 포함한 광전 소자 Download PDF

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KR102523974B1
KR102523974B1 KR1020160017196A KR20160017196A KR102523974B1 KR 102523974 B1 KR102523974 B1 KR 102523974B1 KR 1020160017196 A KR1020160017196 A KR 1020160017196A KR 20160017196 A KR20160017196 A KR 20160017196A KR 102523974 B1 KR102523974 B1 KR 102523974B1
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semiconductor
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semiconductor layer
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삼성전자주식회사
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Abstract

전하 배리어층을 포함한 광전 소자가 개시된다. 개시된 광전소자는 제1형 불순물로 도핑된 반도체 기판과 상기 반도체 기판 상에서 제2형 불순물로 도핑된 제2 반도체층과, 상기 제2 반도체층 상에서 상기 반도체 기판이 형성된 제1면과 반대측의 제2면에 형성된 투명전극과, 상기 제2 반도체층 및 상기 반도체 기판 사이 또는 상기 제2 반도체층 및 상기 투명전극 사이에 배치된 배리어층을 포함한다.
상기 제2 반도체층은 상기 반도체 기판 보다 작은 밴드갭 에너지를 가지며, 상기 배리어층은 상기 반도체 기판 보다 큰 밴드갭을 가진 반도체 물질이나 절연층으로 형성된다.

Description

전하 배리어층을 포함한 광전 소자{Photoelelctronic device including charge barrier}
실시예는 광흡수층에서 생성된 전하의 이동을 억제하는 전하 배리어층을 포함한 광전 소자에 관한 것이다.
광전 소자(photoelectric device)는 광전 효과를 응용한 전자소자로서, 포토 디텍터, 포토 트랜지스터, 태양 전지 등을 포함한다.
종래의 실리콘 p-n 접합을 이용한 포토 디텍터는 픽셀 크기가 1㎛ 정도로 작아짐에 따라 수광량이 감소되며, 실리콘의 밴드갭 (1.1eV) 한계 때문에 near infrared (~850nm) 영역에서의 빛 흡수량이 적다. 이에 따라, 조도가 낮은 때와 near infrared 영역에서의 광의 검출 감도가 감소된다.
최근, 그래핀과 전이금속 디칼코게나이드 (Transition Metal Dichalcogenide: TMD)를 이용한 포토디텍터가 개발되고 있다. 이러한 포토디텍터는 수십 나노미터의 두께를 가지면서도 photo sensitivity 가 양호하다. 상기 TMD 물질은 광 흡수율이 실리콘보다 100 배정도 뛰어나서 얇지만 광 검출 효율이 좋다. 상기 그래핀은 1층의 면저항이 100 ohm/□ 정도이고 광흡수율이 2.3% 로 투명전극으로 활용될 수 있다.
상기 TMD를 이용한 photodetector 에서는 상기 TMD가 빛을 흡수하고 이에 따라 발생되는 전자와 정공이 상기 TMD 양측에 형성된 전극(예를 들어 그래핀)으로 이동한다.
이때, 광이 상기 TMD로 조사되지 않아도, 상기 전극에 인가된 전압에 따라 암전류(dark current)가 흐르게 된다. 이러한 암전류는 신호의 noise 로 작용하여, 상기 포토디텍터의 검출 감도를 감소시킬 수 있다.
전하의 이동을 억제하는 배리어를 포함한 광전 소자를 제공한다.
실시예에 따른 광전 소자는, 제1형 불순물로 도핑된 반도체 기판;
상기 반도체 기판 상에서 상기 제1형과 반대의 제2형 불순물로 도핑된 제2 반도체층;
상기 제2 반도체층 상에서 상기 반도체 기판이 형성된 면과 반대측의 제2면에 형성된 투명전극;
상기 제2 반도체층 및 상기 반도체 기판 사이 또는 상기 제2 반도체층 및 상기 투명전극 사이에 배치된 배리어층;을 구비하며,
상기 제2 반도체층은 상기 반도체 기판 보다 작은 밴드갭 에너지를 가진다.
상기 반도체 기판은 실리콘으로 형성될 수 있다.
상기 배리어층은 절연층 또는 1.1 Ev 이상의 밴드갭을 가진 반도체 물질로 형성될 수 있다.
상기 절연층은 실리콘 옥사이드, 알루미나, 하프늄 옥사이드, 육방정 질화붕소(hexagonal boron nitride, h-BN)을 포함할 수 있다.
상기 반도체 물질은 GaS2, SnS2, GaSe, GaN, SiC, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaP 를 포함할 수 있다.
상기 배리어층은 10 nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 배리어층은 상기 반도체 기판 상에서 상기 제2 반도체층과 접촉되게 연장되며, 상기 제2형 불순물로 도핑된 제3 반도체층일 수 있다.
상기 제2 반도체층은 Ge, 전이금속 디칼코게나이드, InAs, GaSb, InSb, 퀀텀 도트를 포함할 수 있다.
상기 전이금속 디칼코게나이드는 WTe2, MoTe2, 블랙 포스포러스를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 배리어층은 상기 제2 반도체층 및 상기 반도체 기판 사이의 제1 배리어층; 및
상기 제2 반도체층 및 상기 투명전극 사이의 제2 배리어층;을 포함할 수 있다.
상기 제1 배리어층은 상기 반도체 기판 상에서 상기 제2 반도체층과 접촉되게 연장되며, 상기 제2형 불순물로 도핑된 제3 반도체층일 수 있다.
실시예에 따른 광전 소자는 상기 투명전극 상에 형성된 패시베이션층을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 광전 소자는 제1형 불순물로 도핑된 복수의 반도체 영역과 인접한 반도체 영역들 사이의 절연영역을 포함하는 반도체 기판;
상기 반도체 기판 상에서 적어도 상기 복수의 반도체 영역을 덮으며, 상기 제1형과 반대의 제2형 불순물로 도핑된 제2 반도체층;
상기 제2 반도체층 상에서 상기 반도체 기판이 형성된 제1면과 반대측의 제2면에 형성된 투명전극; 및
상기 제2 반도체층 및 상기 반도체 기판 사이 또는 상기 제2 반도체층 및 상기 투명전극 사이에 배치된 배리어층;을 구비하며,
상기 제2 반도체층은 상기 반도체 기판 보다 작은 밴드갭 에너지를 가진다.
실시예에 따른 광전 소자는 광흡수율이 큰 반도체층을 이용하므로 광전 소자가 작게 제조된다.
전하의 이동을 억제하는 배리어층을 포함하므로, 암전류를 감소시켜서 검출능(detectivity)을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 전하 배리어층을 포함한 광전 소자의 개략적 구조를 보여주는 단면도다.
도 2는 실시예에 따른 광전 소자의 특성을 보여주는 그래프다.
도 3은 다른 실시예에 따른 광전 소자의 개략적 구조를 보여주는 단면도다.
도 4는 다른 실시예에 따른 광전 소자의 개략적 구조를 보여주는 단면도다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광전 소자의 개략적 구조를 보여주는 단면도다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 전하 배리어층을 포함한 광전 소자(100)의 개략적 구조를 보여주는 단면도다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(110) 상에 배리어층(120), 제2 반도체층(130), 투명전극(150)이 순차적으로 형성되어 있다. 반도체 기판(110)의 하부에 반도체 기판(110)과 전기적으로 연결된 제1 전극(190)이 형성된다. 제1 전극(190)은 콘택 전극일 수 있다. 투명전극(150)도 미도시된 콘택 전극에 연결될 수 있다. 제2 반도체층(130)은 서로 마주보는 제1면(131)과 제2면(132)을 가진다. 제1면(131) 위로 반도체 기판(110)이 형성되며, 제2면(132) 상으로 투명전극(150)이 형성된다.
반도체 기판(110)은 제1형 불순물로 도핑될 수 있다. 반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있다. 상기 제1형 불순물은 n형 또는 p형 불순물이다. 반도체 기판(110)은 제1 반도체층으로도 칭한다. 반도체 기판(110)은 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛ 두께를 가질 수 있다. 제1 전극(190)은 전극 금속으로 형성되거나, 또는 반도체 기판(110)의 하부 영역으로 제1형 불순물로 고농도로 도핑된 영역일 수도 있다.
배리어층(120)은 반도체 기판(110) 보다 큰 밴드갭 에너지를 가진다. 예컨대, 배리어층(120)은 1.1 Ev 보다 큰 밴드갭을 가질 수 있다. 배리어층(120)은 암전류의 흐름을 막는 역할을 할 수 있다.
배리어층(120)은 절연체, 또는 반도체로 이루어질 수 있다. 상기 절연체는 실리콘 옥사이드, 알루미나, 하프늄 옥사이드, 헥사고날 보론 나이트라이드를 포함할 수 있다.
상기 반도체는 GaS2, SnS2, GaSe와 같은 2차원 반도체 물질이나, GaN, SiC, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaP를 포함한 반도체 물질로 형성될 수 있다,
배리어층(120)은 전하 배리어층이다. 배리어층(120)은 광조사시 전하가 이동할 수 있도록 10 nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 배리어층(120)의 두께가 10 nm 이하의 두께로 형성된 경우, 전자(electron)와 정공(hole)이 다시 결합하는 시간(recombination time) 보다 전하가 배리어층(120)을 통과하여 이동하는 시간(transit time)이 더 짧을 수 있다. 따라서, 반도체 기판(110) 및 제2 반도체층(130)의 빛 흡수에 의해 생성된 전하가 투명전극(150) 및 제1 전극(190)으로 이동할 수 있으며, 이에 따라 광전류가 발생될 수 있다.
제2 반도체층(130)은 제2형의 불순물로 도핑된 반도체로 이루어질 수 있으며, 반도체 기판(110) 보다 높은 광흡수율을 가진 반도체로 이루어진다. 따라서, 종래의 실리콘 p-n 접합 포토다이오드 보다 얇은 두께로 형성될 수 있다. 제2 반도체층(130)은 반도체 기판(110) 보다 낮은 밴드갭 에너지를 가진 물질로 형성될 수 있다. 제2 반도체층(130)은 광흡수층으로 칭할 수 있다.
상기 제2형 불순물은 상기 제1형 불순물과 극성이 다른 불순물이다. 예컨대, 제1형 불순물이 n형이면, 제2형 불순물은 p형이다. 제1형 불순물이 p형이면, 제2형 불순물은 n형이다. 이하에서는 제1형이 n형이고, 제2형이 p형인 예를 가지고 주로 설명한다. 제2 반도체층(130)은 1㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.
제2 반도체층(130)은 Ge, 전이금속 디칼코게나이드, InAs, GaSb, InSb, 퀀텀 도트를 포함할 수 있다. 상기 전이금속 디칼코게나이드는 WTe2, MoTe2, 블랙 포스포러스를 포함한다.
상기 콘텀 도트는 단층 또는 다층 구조로 이루어질 수 있다. 상기 퀀텀 도트는 PbS, PbSe, CdTe, AgS 를 포함할 수 있다.
투명전극(150)은 외부로부터의 광이 잘 투과하도록 광투과성이 좋은 물질로 이루어진다. 투명전극(150)은 그래핀 또는 인듐주석 옥사이드(indium tin oxide: ITO)로 이루어질 수 있다. 투명전극(150)은 1~4층의 그래핀으로 형성될 수 있다. 투명전극(150)에는 콘택 전극(미도시)이 더 연결될 수 있다.
투명전극(150) 상에는 패시베이션층(170)이 더 형성될 수 있다. 패시베이션층(170)은 광투과가 잘되는 물질로 형성될 수 있다. 패시베이션층(170)은 그 하부의 물질층을 보호하며, 또한, 반사방지층으로도 작용할 수 있다. 예컨대, 패시베이션층(170)은 티타늄 옥사이드로 형성될 수 있다.
제1 전극(190)에는 반도체 기판(110)을 통과한 전하가 모인다. 제1 전극(190)은 도 1에서는 반도체 기판(110) 하부에 도시되었으나 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제1 전극(190)은 반도체 기판(110)의 상면에 접촉되게 형성될 수 있다.
빛의 흡수로 제2 반도체층(130)과 반도체 기판(110)에서는 전자(electron) 및 정공(hole)이 생성된다. 제2 반도체층(130)에서 반도체 기판(110) 보다 더 많은 전하가 생성된다. 생성된 전자 및 정공의 이동에 따라 광 전류가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체층(130)에서의 광 흡수에 의해 생성된 정공은 투명전극(150)으로 이동하며, 전자는 배리어층(120) 및 반도체 기판(110)을 통과하여 제1 전극(190)으로 이동될 수 있다. 빛의 흡수에 의해 형성된 전자는 배리어층(120)의 밴드갭을 뛰어넘는 에너지를 가질 수 있으므로, 배리어층(120)을 통과하여 흐를 수 있다. 반도체 기판(120)에서 생성된 전자 및 정공 중, 전자는 제1 전극(190)으로 이동하며, 정공은 배리어층(120)을 통과하여 제2 반도체층(130)으로 이동한다.
실시예에 따른 광전 소자(100)는 포토 디텍터 또는 태양전지일 수 있다.
실시예에 따른 광전 소자(100)의 제2 반도체층(130)에 빛이 조사되기 전에, 제1 전극(190) 및 투명전극(150)의 전위차에 의한 암전류가 발생할 수 있다. 그러나, 제2 반도체층(130) 보다 큰 밴드갭 에너지를 갖는 배리어층(120)이 암전류의 터널링 확률을 감소시킴으로써, 암전류가 제1 전극(190) 및 투명전극(150) 사이에서 흐르는 것을 억제할 수 있다. 실시예에 따른 광전 소자(100)는 암전류의 감소로 높은 검출능(detectivity)을 가질 수 있으며, 낮은 조도에서도 작동될 수 있다.
또한, 광흡수율이 큰 물질로 이루어진 제2 반도체층을 이용하므로, 광전 소자의 소형화가 가능하게 된다.
도 1에서 배리어층(120)이 반도체 기판(110) 및 제2 반도체층(130) 사이에 배치되어 있지만, 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 배리어층(130)은 제2 반도체층(130) 및 투명전극(150) 사이에 배치되어서 정공이 투명전극(150)으로 이동되는 것을 억제하며, 이에 따라 암전류가 감소될 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 광전 소자의 특성을 보여주는 그래프다. 실시예에 따른 광전 소자는 n형 실리콘 기판 위에 순차적으로 형성된 실리콘 옥사이드 배리어층, MoTe2 제2 반도체층과 그래핀 투명전극을 포함한다.
도 2에서 보면, 반응성(responsity)이 0.18 Amp/Watt로 양호하며, 감도(detectivity)가 1012 Jones로 양호하게 나타났다. 이는 배리어층의 존재로 암전류가 억제된 때문으로 보인다.
도 3은 다른 실시예에 따른 광전 소자(200)의 개략적 구조를 보여주는 단면도다. 도 1의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 1의 실시예와 비교하면, 도 3의 광전 소자(200)는 제1 배리어층(221)과 제2 배리어층(222)을 포함한다.
제1 배리어층(221)은 반도체 기판(110) 및 제2 반도체층(130) 사이에 형성될 수 있으며, 제2 배리어층(222)은 제2 반도체층(130) 및 투명전극(150) 사이에 배치될 수 있다.
제1 배리어층(221)은 반도체 기판(110)으로부터 연장되어 형성된 실리콘층일 수 있다. 제1 배리어층(221)은 반도체 기판(110)과 다른 제2형의 불순물로 도핑될 수 있다.
제1 배리어층(221)은 제2 반도체층(130)에서 생성된 전하가 반도체 기판(110)으로 이동하는 것을 방지하는 역할을 하며, 이에 따라 암전류를 억제할 수 있다.
제2 배리어층(222)은 배리어층(120)과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 3에서는 제1 배리어층이 제2형 불순물로 도핑된 실리콘층이나, 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제1 배리어층(221)도 배리어층(120)과 실질적으로 동일할 수 있다.
실시예에 따른 광전 소자(300)는 제2 배리어층이 더 형성되므로 광전소자(100) 보다 암전류를 더 억제할 수 있으나, 광전 효율은 조금 감소될 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 광전 소자(300)의 개략적 구조를 보여주는 단면도다. 도 1 및 도 3의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 3의 실시예와 비교하면, 도 4의 광전 소자(300)는 제2 배리어층(322)이 제1 배리어층(321) 바로 위에 형성될 수 있다.
제1 배리어층(321)은 반도체 기판(110)으로부터 연장되어 형성된 실리콘층일 수 있다. 제1 배리어층(321)은 반도체 기판(110)과 다른 제2형의 불순물로 도핑될 수 있다.
제2 배리어층(322)은 배리어층(120)과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 광전 소자(400)의 개략적 구조를 보여주는 단면도다.
도 1의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 광전 소자(400)는 어레이로 배치된 복수의 광전 소자들을 포함한다. 도 1에는 편의상 2개의 광전 소자를 도시하였다.
광전 소자(400)는 복수의 픽셀 영역을 포함한다. 각 픽셀 영역에는 하나의 광전 소자가 배치될 수 있다. 도 5에는 편의상 2개의 픽셀 영역을 도시하였다. 반도체 기판(110)은 픽셀 A 영역(A)와 픽셀 B 영역(B)를 포함한다. 픽셀 A 영역(A)와 픽셀 B 영역(B)은 제1형 불순물로 도핑된 반도체 영역(411)과, 반도체 영역 주위의 절연 영역(412)을 포함한다. 픽셀들 사이에는 공통 절연 영역이 형성된다. 상기 제1형 불순물은 n형 또는 p형 불순물이다.
반도체 기판(410) 상에는 배리어층(120), 제2 반도체층(130), 투명전극(150)이 순차적으로 형성될 수 있다. 투명전극(150)은 공통 전극일 수 있다.
반도체 기판(410)의 하부에는 각 반도체 영역(411)과 전기적으로 연결된 제1 전극(490)이 형성될 수 있다. 제1 전극(490)은 콘택 전극일 수 있다. 투명전극(150)도 미도시된 콘택 전극에 연결될 수 있다. 제2 반도체층(130)은 서로 마주보는 제1면(131)과 제2면(132)을 가진다. 제1면(131) 위로 반도체 기판(410)이 형성되며, 제2면(132) 상으로 투명전극(150)이 형성된다.
배리어층(120)은 반도체 기판(110) 보다 큰 밴드갭 에너지를 가진다. 예컨대, 배리어층(120)은 1.1 Ev 보다 큰 밴드갭을 가질 수 있다. 배리어층(120)은 암전류의 흐름을 막는 역할을 할 수 있다. 배리어층(120)은 절연체, 또는 반도체로 이루어질 수 있다.
제2 반도체층(130)은 제2형의 불순물로 도핑된 반도체로 이루어질 수 있다. 제2 반도체층(130)은 반도체 기판(110) 보다 낮은 밴드갭 에너지를 가진 물질로 형성될 수 있다. 상기 제2형 불순물은 상기 제1형 불순물과 극성이 다른 불순물이다. 예컨대, 제1형 불순물이 n형이면, 제2형 불순물은 p형이다. 제1형 불순물이 p형이면, 제2형 불순물은 n형이다. 이하에서는 제1형이 n형이고, 제2형이 p형인 예를 가지고 주로 설명한다. 제2 반도체층(130)은 1㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다. 제2 반도체층(130)은 광 흡수율이 반도체 기판(110) 보다 높은 물질로 형성될 수 있다.
투명전극(150)은 외부로부터의 광이 잘 투과하도록 광투과성이 좋은 물질로 이루어진다. 투명전극(150)은 그래핀 또는 인듐주석 옥사이드(indium tin oxide: ITO)로 이루어질 수 있다. 투명전극(150)에는 콘택 전극(미도시)이 더 연결될 수 있다.
제1 전극(490)은 반도체 기판(410)을 통과한 전하가 모인다. 제1 전극(490)은 도 5에서는 반도체 기판(410) 하부에 도시되었으나 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제1 전극(490)은 반도체 기판(410)의 상면에 접촉되게 형성될 수 있다.
광전 소자(400)은 전하 이미지 센서(charge image sensor)의 광전 영역으로 이용될 수 있다.
각 픽셀에서의 광전 소자의 작용은 상술한 실시예로부터 잘 알 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
실시예의 광전 소자(400)는 반도체 영역(411)과 절연 영역(412)를 커버하는 연속된 배리어층(120), 제2 반도체층(130), 투명전극(150)을 포함하나, 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 배리어층(120), 제2 반도체층(130), 투명전극(150)이 각각 반도체 영역(411) 상에만 형성될 수도 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 사상의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 광전 소자 110: 반도체 기판
120: 배리어층 130: 제2 반도체층
150: 투명전극 170: 패시베이션층
190: 제1 전극

Claims (20)

  1. 제1형 불순물로 도핑된 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 상에서 상기 제1형과 반대의 제2형 불순물로 도핑된 제2 반도체층;
    상기 제2 반도체층 상에서 상기 반도체 기판이 형성된 제1면과 반대측의 제2면에 형성된 투명전극;
    상기 제2 반도체층 및 상기 반도체 기판 사이 또는 상기 제2 반도체층 및 상기 투명전극 사이에 배치된 배리어층;을 구비하며,
    상기 제2 반도체층은 상기 반도체 기판 보다 작은 밴드갭 에너지를 가지고,
    상기 배리어층은 상기 반도체 기판 상에서 상기 제2 반도체층과 접촉되게 연장되며, 상기 제2형 불순물로 도핑된 제3 반도체층인 광전 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 실리콘으로 이루어진 광전 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 배리어층은 절연층 또는 1.1 Ev 이상의 밴드갭을 가진 반도체 물질로 이루어진 광전 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연층은 실리콘 옥사이드, 알루미나, 하프늄 옥사이드, 육방정 질화붕소(hexagonal boron nitride, h-BN)을 포함하는 광전 소자.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 반도체 물질은 GaS2, SnS2, GaSe, GaN, SiC, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaP 를 포함하는 광전 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어층은 10 nm 이하의 두께를 가지는 광전 소자.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 반도체층은 Ge, 전이금속 디칼코게나이드, InAs, GaSb, InSb, 퀀텀 도트를 포함하는 광전 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전이금속 디칼코게나이드는 WTe2, MoTe2, 블랙 포스포러스를 포함하는 광전 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어층은 상기 제2 반도체층 및 상기 반도체 기판 사이의 제1 배리어층; 및
    상기 제2 반도체층 및 상기 투명전극 사이의 제2 배리어층;을 포함하는 광전 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 배리어층은 상기 반도체 기판 상에서 상기 제2 반도체층과 접촉되게 연장되며, 상기 제2형 불순물로 도핑된 제3 반도체층인 광전 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명전극 상에 형성된 패시베이션층을 더 포함하는 광전 소자.
  13. 제1형 불순물로 도핑된 복수의 반도체 영역과 인접한 반도체 영역들 사이의 절연영역을 포함하는 반도체 기판;
    상기 반도체 기판 상에서 적어도 상기 복수의 반도체 영역을 덮으며, 상기 제1형과 반대의 제2형 불순물로 도핑된 제2 반도체층;
    상기 제2 반도체층 상에서 상기 반도체 기판이 형성된 제1면과 반대측의 제1면에 형성된 투명전극;
    상기 제2 반도체층 및 상기 반도체 기판 사이 또는 상기 제2 반도체층 및 상기 투명전극 사이에 배치된 배리어층;을 구비하며,
    상기 제2 반도체층은 상기 반도체 기판 보다 작은 밴드갭 에너지를 가지고,
    상기 배리어층은 상기 반도체 기판 상에서 상기 제2 반도체층과 접촉되게 연장되며, 상기 제2형 불순물로 도핑된 제3 반도체층인 광전 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반도체 영역은 실리콘으로 이루어진 광전 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 배리어층은 절연층 또는 1.1 Ev 이상의 밴드갭을 가진 반도체 물질로 이루어진 광전 소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 절연층은 실리콘 옥사이드, 알루미나, 하프늄 옥사이드, 육방정 질화붕소(hexagonal boron nitride, h-BN)을 포함하는 광전 소자.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 반도체 물질은 GaS2, SnS2, GaSe, GaN, SiC, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaP 를 포함하는 광전 소자.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 배리어층은 10 nm 이하의 두께를 가지는 광전 소자.
  19. 삭제
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 반도체층은 Ge, 전이금속 디칼코게나이드, InAs, GaSb, InSb, 퀀텀 도트를 포함하는 광전 소자.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10217819B2 (en) * 2015-05-20 2019-02-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device including metal-2 dimensional material-semiconductor contact
KR102651544B1 (ko) 2016-11-21 2024-03-28 삼성전자주식회사 광대역 다기능 광학소자와 그 제조 및 동작방법
US11296215B2 (en) * 2017-08-07 2022-04-05 Sony Semiconductor Solutions Corporation Electrical coupling structure, semiconductor device, and electronic apparatus
KR102074560B1 (ko) * 2017-11-03 2020-02-06 한국세라믹기술원 양자점 박막의 배리어 랩핑방법
KR102496483B1 (ko) * 2017-11-23 2023-02-06 삼성전자주식회사 아발란치 광검출기 및 이를 포함하는 이미지 센서
CN109728098B (zh) * 2019-01-03 2022-05-17 合肥鑫晟光电科技有限公司 薄膜晶体管、传感器、检测方法、检测装置及检测系统
KR102535899B1 (ko) * 2019-06-28 2023-05-22 서강대학교산학협력단 하프늄옥사이드 초박막을 구비하는 유기포토디텍터 및 이의 제조방법
CN110841670B (zh) * 2019-11-21 2021-01-01 湖南大学 零维黑磷量子点/一维管状氮化碳复合光催化剂及其制备方法
CN115440837B (zh) * 2022-07-21 2024-11-15 华南师范大学 一种基于石墨烯/二碲化钨/锗混维异质结的光电二极管及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013161876A (ja) 2012-02-02 2013-08-19 Fujitsu Ltd 光検知半導体装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW414930B (en) 1999-06-21 2000-12-11 Liu Chee Wee The photo detector
KR100636093B1 (ko) * 1999-07-12 2006-10-19 삼성전자주식회사 광검출기 디바이스 및 그 제조방법
US20070227587A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Walsh Kevin M Photoelectric Cells Utilizing Accumulation Barriers For Charge Transport
KR100851553B1 (ko) * 2006-10-02 2008-08-11 삼성전자주식회사 반도체 소자 및 그 구동방법
US8603581B2 (en) 2009-11-05 2013-12-10 Dow Global Technologies Llc Manufacture of n-type chalcogenide compositions and their uses in photovoltaic devices
JP2011176283A (ja) * 2010-01-29 2011-09-08 Fujifilm Corp 光電変換素子の製造方法
KR101701920B1 (ko) 2010-03-05 2017-02-03 삼성전자주식회사 포토다이오드 및 이의 제조 방법, 이를 이용한 광전 소자
US9472711B2 (en) * 2012-03-29 2016-10-18 Mitsubishi Electric Corporation Photovoltaic element and method of manufacturing the same, and solar battery module
KR101532311B1 (ko) * 2012-04-27 2015-06-29 삼성전자주식회사 그래핀을 이용한 광검출기와 그 제조방법
US9331198B2 (en) 2012-07-06 2016-05-03 University Of North Texas Controlled epitaxial boron nitride growth for graphene based transistors
KR101430650B1 (ko) 2013-01-11 2014-08-19 경희대학교 산학협력단 광검출 소자
US9190509B2 (en) 2013-03-11 2015-11-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army High mobility, thin film transistors using semiconductor/insulator transition-metal dichalcogenide based interfaces
KR102100415B1 (ko) * 2013-07-15 2020-04-14 삼성전자주식회사 터널링 소자 및 그 제조방법
KR102216542B1 (ko) * 2014-05-21 2021-02-17 삼성전자주식회사 2차원 물질을 이용한 수평형 다이오드를 포함하는 전자소자 제조방법
KR102395776B1 (ko) 2015-05-18 2022-05-09 삼성전자주식회사 이차원 물질을 포함하는 반도체소자 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013161876A (ja) 2012-02-02 2013-08-19 Fujitsu Ltd 光検知半導体装置

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Publication number Publication date
KR20170095597A (ko) 2017-08-23
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