(A) Study on Quantum-Dots Photodiode with P- and N-Metal Oxide Semiconductors

국문 초록 (Abstract)

광다이오드는 빠른 반응속도와 높은 외부 양자 효율로 광검출에 유용한 구조이다. 광다이오드는 높은 검출성, 반응성 및 낮은 암전류를 필요로 한다. 본 연구에서는 p형과 n형 금속산화물 반도체 사이에 적색 양자점(QDs) 층을 형성하여 자외선 및 가시광 감지가 가능한 새로운 구조의 광다이오드를 제작하였다. CdZnSeS/ZnS QDs를 광 흡수 용도로, p형의 Cu2SnS3-Ga2O3와 n형의 Li Doped ZnO(LZO)를 전하 수집 용도로 사용했다. QDs 광다이오드는 녹색 조명 하에서 -1 V일때 0.258 A W-1의 반응성과 1.00 × 1013 Jones의 검출성을 나타내었다. QDs 광다이오드의 정류비는 ~ 105, 상승 및 하강 응답 속도는 2.1과 2.6 msec 이였으며 -1 V에서 2.08 nA cm-2의 낮은 암전류 밀도를 나타내었다. 또한 유연한 폴리이미드(PI) 기판에 QDs 포토다이오드를 제작하였고, 이는 굴절반경 0.32mm의 20,000 회의 밴딩 실험에서 안정적인 특성을 나타내었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The photodiode requires high detectivity, responsivity, and low dark current for various applications. Here, we report a new structure of quantum-dots (QD) photodiode for ultraviolet (UV), blue, green, and red light sensing using a red QD layer between p-type and n-type metal-oxide semiconductors. We used CdZnSeS/ZnS QD for photo-absorption with p-type Cu2SnS3-Ga2O3 and n-type Li doped ZnO (LZO) for carrier collection. The QD photodiode has a low dark current density of 2.08 nA cm-2 at -1 V leading to high rectification ratio of ~ 105. The QD photodiode shows superior properties with responsivity of 0.258 A W-1 and detectivity of 1.00 × 1013 Jones at -1 V under green illumination. The rise and fall times of QD photodiode are 2.1 and 2.6 msec, respectively. We also demonstrated the QD photodiode on a flexible polyimide (PI) substrate, exhibiting stable characteristics under bending test of 20,000 cycles at a bending radius of 0.32 mm.

목차 (Table of Contents)

• CHAPTER 1. Introduction 1
• 1.1 Photodiode and its principle of operation 1
• 1.2 Photodiode structure 4
• 1.3 Various materials for photodiode . 7
• CHAPTER 2. P-N junction diode 10
• 2.1 Solution synthesis and optical properties . 10
• 2.2 P-N junction diode fabrication . 14
• 2.3 Performance of P-N junction diode 16
• CHAPTER 3. Quantum-dots photodiode 19
• 3.1 Quantum-dots photodiode fabrication . 19
• 3.2 Performance of Quantum-dots photodiode 21
• CHAPTER 4. Flexible quantum-dots photodiode . 41
• 4.1 Flexible quantum-dots photodiode fabrication 41
• 4.2 Performance of flexible quantum-dots photodiode 44
• CHAPTER 5. Conclusion . 49
• REFERENCES . 51