그래핀-ITO pn 접합 광검출기

국문 초록 (Abstract)

그래핀은 단일 원자층으로 이루어진 이차원 탄소물질로, 높은 전기적 이동
도와 투명도를 바탕으로 차세대 광전자 소자에서 핵심 재료로 각광 받고 있
다. 인듐 주석 산화물(ITO)은 가시광선 영역(약 400–700 nm)에서 약 80%의
높은 투과율과 낮은 면저항 특성을 갖는 물질로써 널리 사용되고 있다. 본 연
구에서는 플루오로벤젠을 이용해 그래핀 표면을 플루오로 벤젠으로 처리하여
p형 도핑 후, ITO와 결합하여 pn 접합 광센서를 구성하였다. ITO 전극은 RF
스퍼터링 공정을 활용해 그래핀 위에 200 μm 및 500 μm 크기의 격자 패턴과
50:50 구조를 형성했다. 이를 통해 전극 형상 변화가 소자 성능에 미치는 영향
을 비교하였다. 전압-전류 측정은 480 nm LED 광원을 사용하고, −5 V부터
+5 V까지의 전압 범위에서 진행하였다. 실험 결과, 200 μm 패턴을 적용한 소
자는 50:50 구조 대비 암전류가 약 18.7배 낮고 광전류는 약 1.31배 높게 나타
났다.. 이는 좁은 전극 간격이 불필요한 전하 누설을 감소시키고, pn 접합 내
전기장 분포를 보다 효과적으로 형성하기 때문으로 해석된다. 결론적으로,
ITO 전극의 미세 패터닝이 소자의 전기·광 응답을 크게 개선하는 핵심 요소
임을 확인하였으며, 플루오로벤젠 기반 p형 그래핀/ITO 이종접합 구조가 고감
도 광센서 응용에 다양하게 접근 할 수 있다.