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      산화물 반도체 기반의 나노기술을 이용한 광전소자 성능 향상 기법 = Metal-oxide semiconductor based nanotechnology for enhanced photoelectric devices

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      https://www.riss.kr/link?id=T14026774

      • 저자
      • 발행사항

        인천 : 인천대학교 대학원, 2015

      • 학위논문사항

        학위논문(석사) -- 인천대학교 대학원 , 전기공학과 , 2016. 2

      • 발행연도

        2015

      • 작성언어

        한국어

      • 발행국(도시)

        인천

      • 형태사항

        ; 26 cm

      • 일반주기명

        지도교수: 김준동

      • UCI식별코드

        I804:23006-000002233849

      • 소장기관
        • 인천대학교 학산도서관 소장기관정보
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      국문 초록 (Abstract)

      광전소자는 빛과 전기에 대한 상호 변환 장치이다. 전기에너지로부터 캐리어를 생성시켜 빛을 발생시키는 LED 등의 수전발광 소자가 있으며, 입사광으로부터 전기에너지를 발생시키는 태양전지와 같은 수광발전 소자가 있다. 1세대 태양전지를 제외한 대부분의 광전소자에서는 광의 투과가 가능하도록 도와주는 투명전극의 이용이 필수적이다. 이러한 투명전극 소재로는 가시광 영역의 빛을 투과할 수 있는 에너지 밴드갭 물질이 주로 사용되는데, 이러한 측면에서 산화물 반도체는 이를 만족함과 동시에 전기전도성이 우수하다. 또한, 산화물 반도체는 기존의 반도체와 접합하여, 쇼트키 광전소자를 구현할 수 있는 특징을 가지고 있다. 본 석사학위 논문에서는 기존의 광전소자에 대한 고찰을 기반으로 하여, 신개념의 광전소자에 대한 접근을 시도하였으며, 다음과 같이 정리할 수 있다.
      - 전통적인 ITO(indium tin oxide)에 대한 구조적 특성화
      - ITO NWs(ITO nanowires) 성장 기법 연구 및 이를 통한 광전소자 특성 향상 기술
      - 대체 산화물반도체인 Ag NWs(silver nanowires)를 이용한 투명전극의 전기/광학적 성능 개선 및 광전소자 적용
      - 산화물반도체를 이용한 나노구조의 태양전지 및 광검출기 연구
      본 학위 연구를 통하여, 나노 구조체에 대한 특성화 기술을 확보하였으며, 고효율을 가지는 태양전지 및 고속 응답 특성을 가지는 광검출기를 구현하였다. 본 연구의 결과는 기존의 광전소자 성능 향상을 위해서 나노 소재 및 구조적 특성을 기반한 전기적 성능 개선에 관한 다양한 연구 결과를 도출하였으며, 이러한 결과는 태양전지, 광검출기, 디스플레이 등 다양한 광전소자 기술에 대한 접근 및 개선 가능한 실질적인 연구 결과로 판단된다.
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      광전소자는 빛과 전기에 대한 상호 변환 장치이다. 전기에너지로부터 캐리어를 생성시켜 빛을 발생시키는 LED 등의 수전발광 소자가 있으며, 입사광으로부터 전기에너지를 발생시키는 태양...

      광전소자는 빛과 전기에 대한 상호 변환 장치이다. 전기에너지로부터 캐리어를 생성시켜 빛을 발생시키는 LED 등의 수전발광 소자가 있으며, 입사광으로부터 전기에너지를 발생시키는 태양전지와 같은 수광발전 소자가 있다. 1세대 태양전지를 제외한 대부분의 광전소자에서는 광의 투과가 가능하도록 도와주는 투명전극의 이용이 필수적이다. 이러한 투명전극 소재로는 가시광 영역의 빛을 투과할 수 있는 에너지 밴드갭 물질이 주로 사용되는데, 이러한 측면에서 산화물 반도체는 이를 만족함과 동시에 전기전도성이 우수하다. 또한, 산화물 반도체는 기존의 반도체와 접합하여, 쇼트키 광전소자를 구현할 수 있는 특징을 가지고 있다. 본 석사학위 논문에서는 기존의 광전소자에 대한 고찰을 기반으로 하여, 신개념의 광전소자에 대한 접근을 시도하였으며, 다음과 같이 정리할 수 있다.
      - 전통적인 ITO(indium tin oxide)에 대한 구조적 특성화
      - ITO NWs(ITO nanowires) 성장 기법 연구 및 이를 통한 광전소자 특성 향상 기술
      - 대체 산화물반도체인 Ag NWs(silver nanowires)를 이용한 투명전극의 전기/광학적 성능 개선 및 광전소자 적용
      - 산화물반도체를 이용한 나노구조의 태양전지 및 광검출기 연구
      본 학위 연구를 통하여, 나노 구조체에 대한 특성화 기술을 확보하였으며, 고효율을 가지는 태양전지 및 고속 응답 특성을 가지는 광검출기를 구현하였다. 본 연구의 결과는 기존의 광전소자 성능 향상을 위해서 나노 소재 및 구조적 특성을 기반한 전기적 성능 개선에 관한 다양한 연구 결과를 도출하였으며, 이러한 결과는 태양전지, 광검출기, 디스플레이 등 다양한 광전소자 기술에 대한 접근 및 개선 가능한 실질적인 연구 결과로 판단된다.

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      목차 (Table of Contents)

      • 국문초록…………………………………………………………………………………… i
      • 목 차…………………………………………………………………………………… iii
      • 표 목 차…………………………………………………………………………………… v
      • 그림목차…………………………………………………………………………………… vi
      • 제 1 장 서론
      • 국문초록…………………………………………………………………………………… i
      • 목 차…………………………………………………………………………………… iii
      • 표 목 차…………………………………………………………………………………… v
      • 그림목차…………………………………………………………………………………… vi
      • 제 1 장 서론
      • 1.1 광전효과 1
      • 1.2 방출 매커니즘 2
      • 1.3 광전소자 2
      • 1.4 응용 3
      • 1.4 논문의 구성 4
      • 제 2 장 광전소자의 매커니즘
      • 2.1 개요 5
      • 2.2 반도체와 그 종류 5
      • 2.2.1 반도체의 특징 5
      • 2.2.2 반도체 재료 6
      • 2.2.3 실리콘의 원자구조와 공유결합 7
      • 2.2.4 에너지대 8
      • 2.2.5 n형 반도체와 p형 반도체 9
      • 2.3 접합과 동작 12
      • 2.3.1 pn 접합 12
      • 2.3.2 에너지밴드 다이어그램 13
      • 2.3.3 동작 원리 14
      • 2.4 쇼트키 접합 15
      • 제 3 장 TCO
      • 3.1 개요 16
      • 3.2 급속 열처리(RTA) 공정을 이용한 ITO의 성능 개선 17
      • 3.2.1 ITO의 특성과 역할 17
      • 3.2.2 스퍼터링 기법 17
      • 3.2.3 RTA 19
      • 3.2.4 실험 19
      • 3.2.5 결과 및 고찰 19
      • 3.3 나노구조의 ITO 26
      • 3.3.1 나노구조 설계 26
      • 3.3.2 실험 27
      • 3.3.3 결과 및 고찰 27
      • 3.4 ITO 대체를 위한 Ag NWs 연구 34
      • 3.4.1 Ag NWs의 특성 및 전망 34
      • 3.4.2 실험 35
      • 3.4.3 결과 및 고찰 36
      • 3.5 요약 39
      • 제 4 장 광 검출기
      • 4.1 개요 41
      • 4.2 ITO NWs 기반의 투명한 광검출기 41
      • 4.2.1 금속산화물 반도체 41
      • 4.2.2 실험 42
      • 4.2.3 결과 및 고찰 44
      • 4.3 요약 49
      • 제 5 장 태양전지
      • 5.1 개요 51
      • 5.2 TCO를 활용한 Si 기판 태양전지 활용 52
      • 5.2.1 반사방지막 52
      • 5.2.2 실험 52
      • 5.2.3 결과 및 고찰 53
      • 5.3 요약 58
      • 제 6 장 결론 및 추후 연구
      • 3.1 결론 59
      • 3.2 추후 연구 계획 60
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