광대역 파장 영역 유기물 포토디텍터

Abstract

고분자 화합물을 포함한 유기물은 합성을 통하여 다양한 밴드갭을 가질 수 있으며, 이러한 유기물의 장점으로 인하여 유기 포토디텍터에 대한 다양한 연구가 보고되고 있다. 고분자를 기반으로 하는 유기 포토디텍터의 광흡수층의 경우, 전자 주개인 도너와 전자 받개인 억셉터로 이루어져 있으며, 도너와 억셉터 비율 및 각각의 흡수 파장 영역은 유기 포토디텍터의 성능에 많은 영향을 끼치는 것이 알려져 있다. 본 연구에서는 두 개의 도너 물질과 한 개의 억셉터를 이용하여 비율 및 흡수 파장 영역을 조절하여 넓은 흡수 파장 영역을 갖는 ternary 유기 포토디텍터의 설계를 목적으로 하였다. Ternary 유기 포토디텍터를 설계하기 위하여, UV 및 NIR 영역 각각에서 동작하는 유기 포토디텍터에 대한 연구가 선행되었다. PCDTBT 및 P3HT는 상대적으로 넓은 밴드갭을 갖는 물질이며 본 연구에서는 UV 포토디텍터의 광흡수층 물질로 사용되었다. Responsivity를 극대화하기 위하여 두꺼운 광흡수층을 사용하였다. Nd:YAG 펄스를 이용하여 P3HT 기반 유기 포토디텍터에 조사한 결과 빛의 세기가 커질 수록 광전압의 감쇄 속도는 감소하였다. 반면, PCDTBT 기반 유기 포토디텍터의 경우 빛의 세기에 상관 없이 일정한 광전압의 감쇄 속도를 보였다. NIR 영역에서 동작하는 유기 포토디텍터를 설계하기 위하여 낮은 밴드갭을 갖는 물질인 PDTP-DFBT와 PTB7을 이용하였다. PDTP-DFBT:PC60BM을 이용한 유기 포토디텍터의 경우, 두께가 증가할수록 responsivity가 증가하였다. 또한 첨가제인 DIO를 첨가하였을 경우 얇은 박막에서도 높은 값의 responsivity를 보였다. 앞서 설계한 UV 및 NIR 유기 포토디텍터를 기반으로 UV에서 NIR까지 넓은 흡수 파장 영역을 갖는 PTB7:PCDTBT:PC70BM 기반 ternary 유기 포토디텍터에 대한 설계를 진행하였다. Ternary 유기 포토디텍터의 recombination 메커니즘을 분석하기 위하여 빛의 세기에 따른 전류-전압 특성 곡선에 대한 분석을 진행하였다. 또한, 빛의 세기에 따른 광전류 등을 측정하여 space charge limit (SCL) 효과에 대한 분석도 진행하였다.