광 유도 컨택 변조를 사용한 하이브리드 채널 유기 포토트랜지스터

Abstract

사물 인터넷 (IoT) 시대의 시작과 함께 정보를 수집하는 센서의 필요와 중요성이 커지고 있다. 특히 이미지 센서의 경우, 모바일 기기에 사용되는 카메라뿐만 아니라, 보안/감시, 생체 신호 측정 등 다양한 분야에 사용되고 있다. 유기 포토트랜지스터는 조절 가능한 흡광 대역을 가지는 유연한 유기 물질의 사용, 박막 트랜지스터 구조에서 기인한 전류 증폭, 단일 소자로 수광과 스위치 역할이 모두 가능해 배열 구조로 쉽게 확장할 수 있다는 장점이 있다. 특히 벌크-이종 접합은 충분한 에너지 차이를 가져 엑시톤을 효과적으로 분리할 수 있으므로 유기 포토트랜지스터의 채널 물질로 자주 사용됐다. 하지만 벌크-이종 접합이나 몇몇 높은 흡광 특성을 보이는 유기 물질의 경우, 낮은 전하 이동도를 갖는다는 문제점이 있다. 본 연구에서는 효과적인 흡광을 위한 벌크-이종 접합 층과 높은 이동도를 갖는 채널 층으로 구성된 하이브리드 채널 유기 포토트랜지스터에 관해 기술한다. 빛의 입사 방향에 따른 흡수도 차이를 기반으로 박막 계산을 통해 최적 채널 두께를 계산하고, 낮은 채널 저항과 광 유도 컨택 변조에 의한 향상된 성능과 동작 원리를 실험적으로 검증 및 분석한다. 제안된 하이브리드 채널 포토트랜지스터는 가시광선 영역 ($\lambda=535nm$) 입사광의 세기가 $17{\mu}W/cm^{-2}$일 때, 단일 채널 포토트랜지스터 대비 4.5배 이상 향상된 감응도와 높은 온/오프 전류 비 ($10^{7}$), 2ms 이하의 빠른 응답 시간을 보여, 더 향상된 성능을 가지는 유연한 배열 구조 이미지 센서 구현에 사용할 수 있을 것이라고 판단된다.