상부 전극 패턴 최적화를 통한 심자외선 광검출기의 성능 향상 연구 = Performance Enhancement of Deep-Ultraviolet Photodetector via Optimization of Top-Electrode Pattern

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 β-Ga2O3 기반 심자외선 광검출기의 성능 향상을 위해 에너지 밴드 구조 정렬과 상부 전극 패턴 최적화 전략을 제시하였다. 먼저, 금속 전극과 P형 반도체 계면에 P+층을 도입한 결과, 전반적인 옴 접합 특성이 개선되었으며, 공핍 영역에서의 전위 장벽 폭이 감소하여 터널링 효과가 유도되었다. 이에 따라 254 nm 파장에서 0 V 바이어스 기준, 광전류 수치가 1.1 × 10-7 A에서 2.0 × 10-6 A로 약 1820% 가량 향상되었다.
또한 상부 전극 패턴의 형태, 선폭, 선간 거리를 체계적으로 설계하여 전계 분포와 활성 영역을 함께 최적화하였다. 초기 패턴 평가에서는 나선형 구조의 P4 패턴이 가장 우수한 성능을 나타냈으며, 이후 패턴을 고도화한 결과 사각형 패턴 및 선폭/선간 거리가 40/160 µm인 조건이 전계 집중 효과와 활성 영역 증가에 따라 222 nm에서 0 V 바이어스 기준, 9.71 × 10-6 A의 광전류 수치를 나타내며 제작된 샘플들 중 가장 우수한 성능을 나타냈다.
결과적으로, 본 연구는 P+층 기반 에너지 밴드 구조 정렬과 상부 전극 패턴 최적화를 통해 β-Ga2O3 기반 심자외선 광검출기의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 검증하였으며, 이는 향후 아크 화재 감지와 같은 고성능/고신뢰성 심자외선 응용 기술 개발에 중요한 기반을 제공할 것으로 예상된다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 7
• 제2장 이론적 배경 9
• 2.1 심자외선 광검출기 9
• 2.1.1 광검출기의 동작 원리 9
• 2.1.2 광검출기의 구조 및 접합 형태 12
• 2.1.3 심자외선 광검출기의 특성 및 응용 분야 15
• 2.2 재료의 물성 및 특성 18
• 2.2.1 β-Ga2O3 (Beta-Gallium Oxide)의 특성 18
• 2.2.2 NiO (Nickel Oxide)의 특성 21
• 2.3 광검출기의 성능 향상 방안 24
• 2.3.1 에너지 밴드 구조 정렬 24
• 2.3.2 상부 전극 패턴 최적화 26
• 제3장 실험 방법 28
• 3.1 β-Ga2O3 기반 광검출기 제작 28
• 제4장 결과 및 토의 31
• 4.1 상부 전극 패턴별 광검출기 성능 평가 31
• 4.2 P+층 도입에 따른 광검출기 성능 평가 43
• 4.3 전극 선폭 및 선간 거리별 광검출기 성능 평가 55
• 제5장 결론 80
• 참고문헌 81
• ABSTRACT 94