[Technical News]고감도 유연 광센서 플랫폼 기술 개발

[산업일보]
한국연구재단(이사장 정민근)은 “국내 연구진이 용액공정을 통해 가시광선부터 근적외선까지 감지할 수 있는 차세대 유연 수광센서를 개발했다”라고 밝혔다.

박철민 교수, 최현용 교수, 디네시 바부 벨루사미 박사 과정 연구원(연세대) 등은 차세대 전이금속 반도체 재료를 대면적 박막으로 제조해 유연성을 확보한 고성능 수광센서 소자 개발 연구를 미래창조과학부가 지원하는 중견연구자지원사업과 신진연구자지원사업을 통해 수행했으며, 이번 연구 결과물은 재료 분야의 권위 있는 학술지인 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)지 온라인판에 게재됐다.

구팀은 말단 관능화 고분자/전이금속 디칼코게나이드계 화합물의 복합체 고농도 분산 용액을 개발하고, 유연 광센서에 적용했다. 그것의 특성은 기존의 기계적 박리법, 리튬 인터칼레이션을 통해 구현된 전이금속 디칼코게나이드계 화합물 기반 광검출 소자 등에 비교해 필적하거나 우수했으며(반응도:～16 A/W, 검출률:~1012 Jones, 외부 양자 효율:~103) 특히 우수한 유연 특성을 가지면서 서로 다른 전이금속 디칼코게나이드계 화합물을 혼합을 통해 근적외선부터 가시광선영역까지 선택적인 파장 영역의 빛을 검출할 수 있다는 기존의 연구와의 차별성을 보고했다.

말단 관능화 고분자/전이금속 디칼코게나이드계 화합물 복합체 기반 광센서를 제작하기 위해서 먼저 다양한 유기 용매에 고농도의 나노층 분산 용액을 개발 한 후, 이를 진공여과법을 이용해 유연 기판 위에 균일 박막을 형성한 후 소스/드레인 전극을 그 위에 증착함으로써 컨덕터 구조의 유연 광센서를 제작했다.

말단 관능화 고분자/전이금속 디칼코게나이드계 화합물 기반 광센서의 장점은 우선 대면적에 균일 박막을 용액 공정을 통해서 형성이 용이하다는 점에 있다. 또한 유연기판 위에서 구현된 유연 광센서는 0.2 mm의 곡률 반경의 휘어진 상태에서도 반응도, 검출률, 외부양자효율 모두 안정적인 측정값을 가지며 차세대 유연 전자 소자 개발의 가능성을 제시했다.

나아가 용액 공정의 장점을 이용해 서로 다른 종류의 전이금속 디칼코게나이드계 화합물을 혼합해 선택적인 파장영역의 빛을 센싱할 수 있는 차세대 광센서 개발도 도모했다는 특징이 있다.

이번 연구에서 개발된 용액공정 기반 전이금속 디칼코게나이드계 화합물을 이용한 광센서 소자 구현을 통해서 고감도 센싱과 함께 유연성을 확보할 수 있었다. 나아가 이는 대면적 공정 기술 플랫폼으로 응용돼 공정 비용 절감을 통한 경제적 수익 효과를 기대할 수 있을 것으로 예상된다.

광검출 소자 개발 관련 기술은 광범위한 산업에 적용될 수 있는 핵심 기반 기술로 기술적 확산과 파급효과가 크며, 특히 전이금속 디칼코게나이드계 화합물을 이용한 신개념의 기술에 대한 원리 및 메커니즘 등 학문적 연구 가치가 높다.

나아가 차세대 과학 산업 등과 긴밀한 연관성을 가지고 있고, 정부뿐만 아니라 민간 기업의 투자 규모가 확대되면서 산업 파급 효과가 커지며 이에 따른 고용 규모가 늘어날 것으로 기대된다. 또한 국가적 차원에서 심화 연구 개발이 이루어진다면 관련 분야 전문적 지식을 갖춘 인력 양성이 가능할 것으로 기대된다.