광통신용 저전력·고효율 光센서 첫 개발

경희대 최석호 교수팀 시각이미징·의료기 활용국내 연구진이 그래핀과 실리콘 양자점을 활용해 투명하고 유연한 전자소자를 구현할 수 있는 새로운 구조의 저전력 고효율 광센서를 처음 개발하는 데 성공했다.

최석호(응용물리학·사진) 경희대 교수팀은 14일 그래핀과 실리콘 양자점 융합구조의 다이오드를 제작해 광센서에 적용, 상용 광센서 수준의 효율을 보이면서 가시광선 등 짧은 파장의 빛에 반응성이 향상된 광센서를 개발했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 나노·재료 분야 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 3월 16일자 온라인판에 실렸다.

광센서는 빛을 전기신호로 변환해 감지하는 센서로 시각이미징, 광통신, 스캐너, 정밀 의료기기 등에 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 효율을 보이는 것으로 나타났다. 양자점은 수백∼수천 개의 원자로 구성된 나노미터(㎚=10억 분의 1ｍ) 크기의 작은 결정체로 실리콘 등 반도체 물질로 제작, 발광다이오드(LED)와 디스플레이 등에 활용된다. 최 교수는 “그래핀의 불순물 농도와 양자점 크기를 조절해 최적의 성능을 갖춘 그래핀-실리콘 양자점 소자 구조를 개발했다”며 “적외선 중심의 기존 제품과 달리 가시광선 영역의 성능 문제를 해결했고 투명성과 유연성도 갖추고 있다”고 설명했다.

박양수 기자 yspark@munhwa.com