가. 용액공정 기반 초고민감 증폭형 유기 및 페로브스카이트 광센서 소자 연구 □ 1차년도 – 용액공정 기반 유기 및 페로브스카이트 포토트랜지스터 공정 기반기술 확보 ◉ 1차년도에는 증폭형 광센서 제작을 위한 기반기술을 확보하고자 한다. 먼저, 선행연구결과를 통해 검증한 수직/수평구조 트랜지스터 구조를 이용한 약광 흡수 및 검출을 위한 광흡수 최적화를 FDTD 시뮬레이션으로 구현한다. ◉ 용액공정 시 발생할 수 있는, 수직/수평구조 트랜지스터의 다층박막을 형성하는 각 층간의 섞임성을 제어하여 안정적으로 소자 제작이 가능하도록 공정을 최적화하는 연구를 진행한다. ◉ 뿐만 아니라, 증폭형 광센서 구현에 필수적인 전하주입특성과 전하전송 기술에 대한 연구도 수행한다. □ 2차년도 – 고민감 증폭형 광센서를 위한 포토트랜지스터의 높은 Gain 값 (10^3) 및 광응답도 ( >10^4 A/W) 달성 ◉ 고민감 증폭형 광센서 제작을 위한 높은 Gain 값을 갖는 수직/수평구조 포토트랜지스터를 제작 및 최적화한다. ◉ 높은 광응답도( >10^4 A/W)를 달성하기 위해, 포토트랜지스터의 Ion/off 10^6 이상을 달성한다. ◉ 또한, 저조도 (0.01 lx 이하) 광 감지를 위해 활성층 표면에 산란층을 도입하여, 저조도 광의 흡수를 최대화시키는 기술을 연구한다. □ 3차년도 – 용액공정 기반 초민감 증폭형 광센서개발 ◉ 기존 2년간의 기반연구를 통해 최적화된 소자구조를 사용하여, 약광 (10 μlx) 빛에 대한 용액공정 기반 초민감 (＜100 fWcm^-2) 감지 특성이 확보된 증폭형 광센서를 개발한다. ◉ 페로브스카이트층과 n형 유기반도체를 다층으로 접합하여 광흡수이후 엑시톤의 dissociation을 증가시키는 소자 구조를 도입하여 약광에 대한 증폭특성을 달성(Gain~10^5)한다. ◉ 또한, UV-가시광-NIR에 이르는 다파장의 광 검출이 가능하도록 밴드갭 조절을 통해, 유기반도체의 흡광대역 (1.3 – 3.5 eV)을 조절한다. □ 4차년도 – 광센서 어레이 및 집적회로 개발 ◉ 1단계에서 개발한 초민감 증폭형 광센서 소자를, 광센서 회로를 구성하기 위한 ROIC 및 interconnect, FPCB (Flexible Printed Circuit Board) 등의 센서요소기술과 결합, 증폭형 광센서 집적회로를 개발한다. ◉ 용액공정으로 제작된 증폭형 광센서 소자를 ROIC 가 부착된 기판위에 2 x 2 어레이(16-bit)로 패터닝을 하고, FPCB를 lamination 공정으로 부착한다. 이때, 전도성 고분자와 금속 나노입자 패터닝을 통해 ROIC 와 FPCB를 interconnect 한다. □ 5차년도 – 광센서 집적회로의 집적도 향상을 통한 64-bit 회로 개발 ◉ 5차년도에서는 상용화 가능성을 보여줄 수 있는 연구를 수행한다. 4차년도에서 확인한 광센서 어레이 기반 집적회로의 초민감성을 평가하기 위해 64-bit (8 x 8) 집적회로를 구성하여 초저조도 (＜100 fW cm^-2) 약광 검출을 성공시킨다. ◉ UV-가시광-NIR 대역에 이르는 다파장의 광 검출이 동시에 가능한 다중신호처리 광센서 집적회로를 개발한다. ◉ 마지막으로, 용액공정 기반 광센서 집적회로의 가장 큰 장점인, 기판의 종류와 관계없이 집적회로 제작이 가능한 점을 활용하여, 이미 제작된 전자회로위에 광집적회로를 제작하는 연구도 수행한다.