유·무기 물질 접합된 고감도 광센서 개발

[산업일보]
국내 연구진이 국제 공동연구를 통해 유연한 고감도 광센서를 개발하는 성과를 올렸다. 광반응성이 높은 무기반도체 물질과 유연한 유기반도체 물질을 접합해 각각의 장점을 모두 살려냈으며, 향후 다양한 형태의 곡면에서 유연한 광센서를 구현하거나 태양전지나 바이오센서 등의 효율을 향상시키는데 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.

고려대학교 전기전자공학부 주병권 교수 및 오태연 박사과정 연구원, 위스콘신-매디슨대학교 전기컴퓨터공학부 젠치안 마(Zhenqiang Ma) 교수 및 서정훈 박사과정 연구원 등이 수행한 이번 연구는 교육부(장관 서남수)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 이공분야 학문후속세대양성사업 등의 지원을 받아 수행됐으며, 연구결과는 나노분야 학술지 ‘첨단기능성소재(Advanced Functional Materials)’ 표지논문으로 7월 19일자 온라인판에 게재됐다.(논문명 : A multifunction Heterojunction Formed Between Pentacene and a Single-Crystal Silicon Nanomembrane)

광센서에서 빛을 감지하는 광다이오드 소자는 대부분 실리콘을 기반으로 단단한 기판 위에 제작돼 쉽게 구부릴 수 없는데다 고온의 초저진공 상태에서 제조해야 하기 때문에 응용에 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 광반응 물질로 광반응 특성 및 전자 이동도가 좋은 단결정 실리콘을 사용하면서 유연함을 부여하는 것이 관건이었다.

연구팀은 유기물질과 무기물질을 접합해 잘 구부러지면서 감도가 높은 광센서를 개발하는데 성공했다. 유기반도체의 유연함과 무기반도체의 높은 광반응 성능을 모두 구현한 것. 개발된 광센서는 기존 유기 광다이오드 보다 수배에서 수십배 뛰어난 광반응성을 보여주며 구부려도 부러지지 않는다. 핵심은 합성고무를 스탬프처럼 이용해 단단한 기판에 놓인 수백 나노미터 두께의 실리콘 박막을 유연한 기판으로 옮겨 찍는 기술이다. 여기에 유기반도체 물질을 증착시켜 두 물질을 서로 접합시킨 것이다.

실제 개발된 광센서의 광반응성, 유연성 및 투과도를 분석한 결과 붉은색, 노란색, 녹색의 빛을 쬐었을 때 높은 광반응 특성을 보였다. 또한 구부렸을 때에도 소자의 광반응성이 크게 변하지 않아 유연하며 투과도도 높은 것으로 나타났다.

오태연 연구원은 “향후 다양한 유기물 반도체에 확대 적용할 경우 더 좋은 성능의 유연한 광소자 제작이 가능할 것”이라고 밝혔다.