[쿠키뉴스 대구=김덕용 기자]DGIST(총장 신성철)는 기존 그래핀 광검출기 보다 10만배 작은 빛 에너지를 감지할 수 있는 마이크로파 광검출기를 개발했다고 10일 발표했다.
DGIST 정민경 나노·에너지융합연구부 선임연구원은 스위스 바젤대학교 물리학과 연구팀과 공동으로 그래핀 p-n 접합 소자를 이용해 세계 최초로 마이크로파 에너지 영역에서 빛을 검출할 수 있는 광검출기를 구현했다.
탄소 원자 1개 층으로 구성된 2차원 구조 그래핀은 우수한 전기적, 열적, 기계적 특성이 있어 '꿈의 신소재'로 불린다. 기초과학, 플렉서블 디스플레이, 웨어러블 디바이스, 차세대 태양전지 등 응용과학 분야에서 연구되고 있다.
일반 반도체와 달리 에너지 밴드 갭이 존재하지 않아 광범위한 에너지 영역대에서 빛을 흡수해 전자-홀 쌍을 만들고 전기 신호를 생성해 차세대 광소자로 주목받고 있다.
근적외선 영역에서 자외선 영역대에 이르는 에너지에서 빛을 검출할 수 있는 그래핀 광검출기는 이전에 개발됐지만 마이크로파 영역에서는 관련 연구를 한 적이 없다.
검출기에 입사되는 마이크로파가 그래핀 표면 불순물에 의한 전위차보다 훨씬 작은 에너지를 가져 측정 자체가 불가능했기 때문이다.
정 선임연구원은 마이크로파 영역 빛 에너지 흡수율을 높이고자 그래핀 p-n 접합 소자를 기판에서 분리해 브릿지 형태로 제작하는 방법으로 전자가 불순물이나 산란 없이 원거리를 이동할 수 있는 깨끗한 시스템을 만들었다.
이러한 결과 마이크로파 영역 빛 에너지에서 전자-홀 쌍이 충분히 생성되고 이를 통해 p-n 접합부 온도가 상승해 양쪽 전극과 온도 차이로 광전류가 흐르는 것을 측정함으로써 마이크로파 그래핀 광검출기를 구현하는 데 성공했다.
그래핀 마이크로파 광검출기는 기존 그래핀 광검출기보다 감도 면에서 뛰어나 고해상도 스마트폰, 고효율 태양전지 등에 활용하는 각종 광센서 성능을 개선할 것으로 기대를 모으고 있다.
정 선임연구원은 "앞으로 응용 소자를 개발해 웨어러블 디바이스, 플렉서블 디스플레이 성능을 개선할 수 있는 후속 연구를 하겠다"고 말했다.
이번 연구 성과는 미국화학회(ACS)에서 발행하는 나노 분야 국제학술지 '나노레터스(Nano Letters)' 9일 자에 실렸다.
