이지훈 광운대 교수팀, 하이브리드 UV 포토디렉터 개발

머니투데이

권태혁 기자

메타표면 기반 금-백금 코어쉘 나노입자 기반 하이브리드 포토디텍터의 물리·화학적 특성 분석 자료/사진제공=광운대

슈센린(왼쪽) 석박통합과정 연구원과 이지훈 광운대 전자공학과 교수/사진제공=광운대

광운대학교는 최근 이지훈 전자공학과 교수가 슈센린 석박통합과정 연구원(제1저자)과 함께 금-백금 코어쉘 나노입자(AuPt alloy hybrid nanoparticles, 이하 AHNPs)와 그레핀 양자점(graphene QD), 산화아연 양자점(ZnO QDs)을 통합한 '하이브리드 UV 포토디텍터'를 개발했다고 5일 밝혔다.

UV 검출은 화염 감지와 공장 자동화, 미사일 발사 감지, 위성 통신, 오염 모니터링, 환경 모니터링, 생화학 분석 등에 폭넓게 활용되고 있다.

포토디텍터는 광자와 전자기파를 탐지하는 광전자 소자를 의미한다. 광자를 전자로 전환하는 액티브 레이어와 전도 층으로 이뤄졌으며, 흡수된 광자는 전자·정공 쌍을 생성해 광전류를 형성한다.

액티브 레이어의 구성은 포토디텍터 성능을 결정하는 가장 중요한 요소다. 최첨단 광검출기는 초고감도와 초감지력, 빠른 응답을 요구하며 현재 다양한 재료 및 디바이스 구조에 대한 연구가 진행되고 있다.

이 교수팀은 하이브리드 구조를 통합해 포토디텍터의 성능을 향상하는 등 근자외선(NUV) 하이브리드 광검출기의 구조를 개선하는 데 성공했다. 금-백금 코어쉘 나노입자는 플라즈모닉 공명 현상을 이용해 국소화된 표면 플라즈몬 공명과 핫스팟을 제공, 풍부한 광전자 생성에 기여했다.

또한 이그레핀 양자점을 포토디텍터 액티브 층에 융합해 추가 광전자 생성을 유도했다. 우수한 산화아연 양자점 층은 디바이스 액티브 레이어의 낮은 암전류와 광전류를 생성해 포토디텍터 디바이스의 탐지력을 향상했다. 이렇게 개발된 극소량의 광자 탐지 기술은 초기 화염과 바이러스 탐지 등에 응용할 수 있다.

한편 이번 연구는 한국연구재단·교육부의 BK-21과 중점연구소, 광운대의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 과학전문지 'ACS Applied Materials & Interfaces'(JCR Q1 IF: 10.38) 온라인 판에 게재됐다.