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| △ 그래핀-실리콘 양자점 융합구조 광센서의 개략도 및 응용 가능한 기기들. 그래핀-실리콘 양자점 광센서는 가시광선 영역에서 광반응도가 획기적으로 향상돼 가시광선 영역의 광센서 기능이 필요한 여러 기기들에 활용될 수 있을 것으로 예상된다. |
시각이미징·광통신용 저전력 고효율 광센서 개발
경희대 최석호 교수 "투명하고 유연한 전자소자 구현"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 그래핀과 실리콘 양자점을 활용해 투명하고 유연한 전자소자를 구현할 수 있는 새로운 구조의 저전력 고효율 광센서를 개발했다.
경희대 응용물리학과 최석호 교수팀은 14일 그래핀과 실리콘 양자점 융합구조의 다이오드를 제작해 광센서에 적용, 상용 광센서 수준의 효율(∼0.35 A/W)을 보이면서 가시광선 등 짧은 파장의 빛에 반응성이 향상된 광센서를 개발했다고 밝혔다.
이 연구 결과는 나노·재료 분야 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials, 3월 16일자) 온라인판에 게재됐다.
광센서는 빛을 전기신호로 변환해 감지하는 센서로 시각이미징, 광통신, 스캐너, 정밀 의료기기 등에 다양하게 활용된다.
현재 상용화된 실리콘 반도체 기반의 광센서는 빛의 파장이 짧아지면 효율이 떨어지는 문제가 있다. 이를 극복하기 위해 금속과 실리콘 양자점을 활용하는 연구가 계속되고 있으나 금속은 빛 투과성이 낮고 전기 도체여서 효율을 높이는 데 한계가 있다.
연구진은 금속을 그래핀으로 대체해 그래핀과 실리콘 양자점 융합구조의 다이오드를 제작하고 이를 광센서에 적용했다. 이 광센서는 상용 광센서 수준의 효율(∼0.35 A/W)을 보이면서 가시광선 등 짧은 파장의 빛에 반응성이 크게 향상된 것으로 나타났다.
양자점은 원자 수백∼수천로 구성된 나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 크기의 작은 결정체로 실리콘(Si) 등 반도체 물질로 제작, 발광다이오드(LED) 등에 활용된다.
연구진은 그래핀의 불순물 농도와 양자점 크기를 조절해 최적의 성능을 갖춘 그래핀-실리콘 양자점 소자 구조를 개발했으며 이 소자는 적외선 중심의 기존 제품과 달리 가시광선 영역의 성능문제를 해결했고 투명성과 유연성도 갖추고 있다고 설명했다.
또 이 광센서는 구동전압을 기존 소자 대비 50% 이하로 낮춰 착용형(웨어러블) 기기와 사물인터넷(IoT) 제품 등은 물론 가시광선 이미징 기술, 의료 진단·검사, 빛을 이용한 무선통신(Li-fi) 등에도 활용할 수 있다고 연구진은 밝혔다.
최석호 교수는 "이번 성과는 그래핀과 실리콘 양자점 융합구조를 광센서에 활용한 첫 사례"라며 "기존 실리콘 공정을 기반으로 대면적 소자를 제작, 특별한 공정 구축 없이 상용화 가능성을 높였다는 데 의의가 있다"고 말했다.
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