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광센서 응답성, 획기적으로 높아진다

실리콘 보다 응답성 백만 배 이상 상승

광센서 응답성, 획기적으로 높아진다


[산업일보]
차세대 2차원 나노소재 기반 광검출기의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받은 박진홍 교수 연구팀(성균관대)이 차세대 반도체 소재로 관심을 모으고 있는 2차원 나노반도체의 도핑기술과 이종 물질 간 적층기술을 활용해 세계 최고 수준의 광응답성(1.27×106A암페어/와트(A/W)을 갖는 고성능 광검출기를 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.

2차원 나노반도체는 물질의 종류에 따라서 일반적으로 한 가지의 동작특성(n-형 또는 p-형)만을 갖기 때문에 도핑을 통해 반도체의 동작특성을 다양하게 조절해 광검출기 및 트랜지스터와 같은 응용소자의 성능을 향상시키는 것이 연구과제였다.

또한 기존 2차원 나노반도체와 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 절연물질과의 계면 저품질 문제로 본래의 광검출기 및 트랜지스터 소자 성능을 제대로 발휘하기 어렵다는 한계점도 있었다.

연구팀은 p-형 동작특성을 갖는 2차원 나노반도체 물질인 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 표면에 트리페닐포스핀(PPh3)을 얇게 코팅하는 방식으로 전자를 공급하는 n-형 도핑기술을 적용해 반전된 n-형 광검출기를 구현하는 데 성공했다.

동작특성이 반전된 광검출기의 광응답성 분석은 이번이 처음으로, 기존 p-형 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 광검출기보다 한 단계 높은 광응답성을 확인했다.

또한 2차원 절연물질인 육방정 질화붕소(h-BN)에 2차원 나노반도체를 쌓은 수직 적층 구조를 활용해 이종 물질 사이에서 굉장히 낮은 결함밀도를 갖는 고품질 계면을 만듦으로서 광응답성을 획기적으로 향상시켰다.

기존 이황화몰리브덴(MoS2) 기반 광검출기 소자에서 보고된 것과 비교하면 광응답성이 약 25배 증가한 것으로 1.27×106 암페어/와트(A/W)를 갖는 고성능 광검출기를 구현해 매우 약한 세기의 빛도 검출할 수 있게 됐다.

이는 도핑 및 적층기술이 적용되지 않은 p-형 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 광검출기의 광응답성 2.43×105암페어/와트(A/W)과 비교하면 약 5배 향상된 결과로 나타나 우리 기술의 우수성을 보여 주었으며, 일반적으로 널리 사용되는 반도체 물질인 실리콘(Si) 및 갈륨비소(GaAs) 기반의 광검출기보다는 백만(106)배 이상 높은 수치이다.

박진홍 교수는 “2차원 나노반도체의 뛰어난 광응답 특성을 한 단계 향상시킴으로써 차세대 광전소자 개발 및 광계측/센서 산업 발전에 크게 기여할 것”이라며 연구의 의의를 설명했다.
김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.

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