PTCDA를 활용한 InGaAs/InP Mesa PIN 광다이오드의 패시베이션 최적화
Passivation Optimization of InGaAs/InP Mesa PIN Photodiodes with PTCDA
- 주제(키워드) 광다이오드 , 패시베이션 , PTCDA
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 허준석
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 지능형반도체공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034291
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
InGaAs/InP Photodiode는 근적외선(NIR) 및 단파 적외선(SWIR) 대역에서 높은 감도와 빠른 응답 속도를 제공하는 소자로, 통신, 감지, 이미징 기술 등 다양한 응용 분야에서 사용된다. 특히 SWIR(Short-Wavelength Infrared) 대역은 농업, 의학, 그리고 군사 응용에 이르기까지 폭넓은 활용 가능성을 제공한다. 그러나 Mesa 구조로 제작된 InGaAs Photodiode는 표면 산화와 결함으로 인해 Dark current 증가와 Detectivity 저하 같은 문제가 발생하며, 이러한 한계는 소자의 장기 안정성과 신뢰성 확보를 어렵게 만든다. 본 연구에서는 새로운 패시베이션 물질인 PTCDA(3,4,9,10- Perylenetetracarboxylic Dianhydride)를 적용하여 Mesa 구조의 표면 산화 를 억제하고, Dark current를 줄이며, Detectivity를 향상시키는 방법을 제시하였다. Dry 및 Wet etching 공정을 최적화하여 표면 손상을 최소화하고 RMS 표면 거칠기를 23.74nm에서 1.066nm로 감소시켰으며, 이를 통해 소자의 전기적 특성을 크게 개선하였다. PTCDA를 패시베이션 레이어로 적용한 결과, -0.5V에서 Dark current가 4.7nA로 감소하였고, 1550nm 파장에서 Spectral Detectivity는 1.99×1010Jones에서 9.63×1011Jones로 향상되었다. 추가적으로, PTCDA는 일반적인 실내 환경에서 5개월 동안 보관된 후에도 소자의 전기적 및 광학적 특성을 안정적으로 유지하여 장기 신뢰성을 확인하였다. 본 연구는 새로운 유기 반도체 기반 패시베이션 기술을 통해 기존 InGaAs Photodiode의 성능 한계를 극복하고 장기 신뢰성을 확보할 수 있음을 입증 하였다. 이러한 결과는 SWIR 대역에서의 고효율 Photodiode 개발에 기여할 뿐만 아니라, 새로운 패시베이션 기술의 가능성을 제시하며 다양한 응용 분야로의 확장을 위한 기초 자료를 제공한다.
more목차
제 1장 서론 1
제 1.1절 InGaAs Photodiode 연구의 필요성 1
제 1.2절 논문 개요 4
제 2장 이론적 배경 5
제 2.1절 Photodiode 동작 원리 5
2.1.1 일반적인 Photodiode 5
2.1.2 PIN 구조의 Photodiode 7
제 2.2절 Photodiode 평가 지표 9
2.2.1 Responsivity 9
2.2.2 External Quantum Efficiency (EQE) 9
2.2.3 Detectivity 10
제 2.3절 PTCDA 11
제 3장 소자 제작 및 공정 최적화 13
제 3.1절 에피 구조 및 전반적인 공정 13
제 3.2절 Etching 공정의 최적화 17
제 3.3절 Passivation 공정 22
제 4장 소자의 전기적 및 광학적 특성 분석 24
제 4.1절 공정 과정에 따른 특성 비교 24
제 4.2절 PTCDA 샘플의 전기적 및 광학적 특성 분석 26
제 5장 결론 및 향후 연구 방향 33
참고문헌 35
Abstract 38
