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요약
본 발명은 CSI 페로브스카이트를 이용한 광검출기 어레이의 제조 방법을 제안합니다. 이 광검출기는 유연한 베이스 기판, 전기 신호를 전달하는 소스 전극과 드레인 전극, 안정성을 유지하는 패시베이션 패턴층, 그리고 다양한 파장의 빛을 감지하는 CSI 페로브스카이트 박막층으로 구성됩니다. CSI 페로브스카이트 박막층은 자외선부터 근적외선까지의 광대역을 흡수하며, 빛의 파장이 증가할수록 더 많은 빛을 감지할 수 있습니다. 이를 통해 IoT 센서, 가상 현실, 증강 현실 등의 다양한 응용 분야에서 활용 가능하며, 고성능, 저비용, 광학적으로 상호 연결된 광전자 시스템을 위한 하단의 LED 조명으로 분리형 CSI PD 어레이를 제공합니다. 이 발명은 반도체 산업의 기술 발전에 기여하며, 사회적 가치를 증대할 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: 광대역 플렉시블 광학 시스템을 위한 물리적 분리가능 및 작동 안정성을 갖는 uLED통합 광검출기 어레이 및 이의 제조방법
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대표 발명자: 진성훈 교수
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출원번호: 10-2023-0114947
발명의 배경 및 필요성
기술의 배경과 특성
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하이브리드 할로겐화 납 페로브스카이트(CSI)는 전자적 차원, 환경적 구조, 화학적 안정성 등의 특성을 가지고 있어 광학 또는 에너지 응용 분야에서 주목받았음
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이 물질은 UV에서 근적외선 영역까지 넓은 광학 흡수 특성과 다양한 작동 조건에서의 구조적 안정성, 태양광 조건에서의 우수한 광 안정성 등을 가지고 있어 다목적 광검출기로 활용할 수 있음
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연구팀은 이러한 CSI의 최적 입자를 합성하는 방법을 발견하였으며, 이를 통해 CSI PD 어레이의 성능을 정밀하게 측정하고 분석할 수 있음
기술의 필요성과 적용
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CSI 기반 광검출기에 대한 연구는 아직 부족하며, 특히 패턴화되거나 어레이 기반 CSI 광검출기와 대기 중 제작 중 성능 지속 가능성에 대한 체계적인 연구는 거의 보고되지 않았음
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페로브스카이트 PDs는 일반적으로 열적 및 수분 환경에서 신뢰성 문제가 있어 안정적인 작동이 어렵다는 문제가 있음
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실제 실용적인 애플리케이션에서 장기적인 작동 수명을 보장하기 위해서는 핵심 매개 변수와 메커니즘을 이해하는 것이 중요함
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이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 LED와 통합된 CSI 광검출기 어레이를 제안하였음
구현방법
기술 원리 및 구현 과정
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이 광검출기 소자는 유연한 베이스 기판, 전기 신호를 전달하는 소스 전극과 드레인 전극, 안정성을 유지하는 패시베이션 패턴층, 그리고 다양한 파장의 빛을 감지하는 CSI 페로브스카이트 박막층으로 구성됨.
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CSI 페로브스카이트 박막층은 자외선부터 근적외선까지의 광대역을 흡수하며, 빛의 파장이 증가할수록 더 많은 빛을 감지할 수 있음.
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높은 습도에서도 안정적으로 작동하며, 6개월 이상 보관이 가능함.
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베이스 기판을 준비하고, 그 위에 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 금속 전극 패턴층을 형성하고, 패시베이션 패턴층을 형성한 후, 마지막으로 CSI 페로브스카이트 박막층을 형성함.
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CSI 페로브스카이트 박막층은 빛의 파장에 따라 물리적으로 조정될 수 있음.
기술의 특징
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광대역을 흡수하고 빛의 파장에 따라 감지 능력이 증가하는 광검출기 소자를 제공함.
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물리적으로 조정 가능한 CSI 페로브스카이트 박막층으로 다양한 응용이 가능함.
실험 및 결과
실험 목표 및 방법
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강성과 유연 기판에 분리 가능한 Cs2SnI6(CSI) PD 어레이를 제작함
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1 포트 수열 경로와 희석된 요오드산(HI) 용액을 사용하여 CSI 입자를 합성함
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XPS, XRD, SEM, HRTEM 등으로 CSI 입자의 화학적 조성과 형태를 검증함
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Rph와 광 전환 시간의 온도 의존성을 관찰하여 CSI의 전하 트래핑과 비발광성 재결합 특성을 이해함
실험 결과
평균 습도 40% 조건에서 CSI 입자는 6개월 이상의 저장 수명을 보임
μ-LED 3x3 어레이로 조립된 CSI PD-어레이는 우수한 광학 균일성을 나타냄
CSI PD-어레이의 각 Rph에 대한 공간 매핑 및 분포를 수행하여 기본 발광 및 센서 네트워킹 적용에서의 효과를 확인함
발명의 활용 방안
제품과 서비스 적용
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본 발명인 CSI PD 어레이는 강성 기판과 유연한 기판에서 안정적인 작동을 보여주며, IoT 센서, 가상 현실, 증강 현실 등의 다양한 응용 분야에서 활용 가능함
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이를 통해 고성능, 저비용, 광학적으로 상호 연결된 광전자 시스템을 위한 하단의 LED 조명으로 분리형 CSI PD 어레이를 제공하며, IoT, VR, AR 소자를 기반으로 한 새로운 개념의 애플리케이션을 잠재적으로 열 수 있음
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또한, 플렉시블 PDs는 대면적 폴더블 디스플레이, 웨어러블 전자 소자, 전자 눈, 이식 가능한 바이오 메디컬 소자 등에서 활용 가능하여 기존의 경성 기술로는 쉽게 달성할 수 없는 분야에서도 활용 가능함
산업 및 사회적 가치 창출
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CSI PD 어레이의 환경 안정성 및 성능 향상은 통신 산업의 경쟁력을 강화하며, 유연하고 소형화된 LED 어레이를 다양한 센서 애플리케이션에 적용하여 다목적 기능을 제공함
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무선 광 상호 연결이라는 Si 기술의 핵심 구성 요소를 크게 향상시키는 이 발명은 반도체 산업의 기술 발전에 기여함
기대효과
기술 혁신 및 사회적 가치
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CSI PD 어레이는 안정적인 작동을 보여주며, 이는 기술적 혁신을 달성함
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또한, CSI PD 어레이의 확립된 기본 작동 원리와 프로세스 체계는 무선 광 상호 연결의 개선에 기여함
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기판의 종류와 무관하게 유연하게 소형화된 LED 어레이를 다양한 종류의 기판에 적용 가능하여 제품의 다양성과 편의성을 높일 수 있음
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플렉시블 PDs의 활용은 대면적 폴더블 디스플레이, 웨어러블 전자 소자, 전자 눈, 이식 가능한 바이오 메디컬 소자 등에서 활용 가능하여 사회적 가치를 증대함
장래적 기대효과
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CSI PD 어레이의 안정적인 작동 원리와 프로세스 체계를 확립함으로써, 반도체 및 관련 산업의 성장과 기술 발전에 장기적으로 기여할 것으로 기대됨
시장 동향
유연 전자 시장 동향
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기술 SWOT 분석
Strengths
다목적 광검출기로 활용 가능
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CSI 페로브스카이트는 UV에서 근적외선 영역까지 넓은 광학 흡수 특성을 가지고 있어 다목적 광검출기로 활용 가능합니다.
구조적 안정성 및 광 안정성
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다양한 작동 조건에서의 구조적 안정성과 태양광 조건에서의 우수한 광 안정성을 보입니다.
장기 보관 가능
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높은 습도에서도 안정적으로 작동하며, 6개월 이상 보관이 가능합니다.
Weaknesses
신뢰성 문제
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페로브스카이트 PDs는 일반적으로 열적 및 수분 환경에서 신뢰성 문제가 있어 안정적인 작동이 어렵습니다.
CSI 기반 광검출기에 대한 연구 부족
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CSI 기반 광검출기에 대한 연구는 아직 부족하며, 특히 패턴화되거나 어레이 기반 CSI 광검출기와 대기 중 제작 중 성능 지속 가능성에 대한 체계적인 연구는 거의 보고되지 않았습니다.
Opportunities
다양한 응용 분야 활용 가능
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CSI PD 어레이는 강성 기판과 유연한 기판에서 안정적인 작동을 보여주며, IoT 센서, 가상 현실, 증강 현실 등의 다양한 응용 분야에서 활용 가능합니다.
새로운 개념의 애플리케이션 개발 가능
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고성능, 저비용, 광학적으로 상호 연결된 광전자 시스템을 위한 하단의 LED 조명으로 분리형 CSI PD 어레이를 제공하며, IoT, VR, AR 소자를 기반으로 한 새로운 개념의 애플리케이션을 잠재적으로 열 수 있습니다.
Threats
기술적 혁신 필요
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CSI PD 어레이는 안정적인 작동을 보여주지만, 이를 위해선 기술적 혁신이 필요합니다.
기판 종류에 따른 제품 다양성 제한
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기판의 종류에 따라 제품의 다양성과 편의성이 제한될 수 있습니다.
Summary
Strengths
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다목적 광검출기로 활용 가능하며, 구조적 안정성과 광 안정성을 가지고 있습니다. 또한, 장기 보관이 가능합니다.
Weaknesses
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신뢰성 문제와 CSI 기반 광검출기에 대한 연구 부족이 있습니다.
Opportunities
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다양한 응용 분야에서 활용 가능하며, 새로운 개념의 애플리케이션 개발이 가능합니다.
Threats
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기술적 혁신 필요성과 기판 종류에 따른 제품 다양성 제한이 있습니다.
대표도면
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