표준연-KAIST, 차세대 적외선 소자 제작 新공정 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 한국표준과학연구원(KRISS)과 한국과학기술원(KAIST)이 차세대 적외선 소자 제작에 활용 가능한 새로운 공정을 개발하는 데 성공했다.

KRISS 소재융합측정연구소 첨단오페란도분석팀과 KAIST 신소재공학과 연구팀은 용액에 소재를 담가 가열하는 간단한 방법으로 밴드갭을 조절할 수 있는 공정을 개발했다.

공동연구팀은 유기이온이 포함된 용액에 2차원 루테늄 염화물을 담아 가열했으며, 이를 통해 루테늄 염화물 층간에 비어있는 공간을 유기 양이온으로 채워 전자로 도핑해 밴드갭을 조절했다.

또 전자 간 강한 반발력을 가지는 모트 절연체인 루테늄 염화물에 유기 양이온을 삽입해 전이금속 주변에 국부적인 전하도핑을 유도했다. 그 결과 기존 1.2eV의 밴드갭을 가지던 루테늄 염화물의 밴드갭을 크게 줄여 0.7eV 영역의 근적외선 검출이 가능한 소자로 활용 가능하다는 것을 규명했다.

이를 이용하면 현재 사용되는 1033㎚(나노미터) 파장보다 긴 1771㎚ 파장의 적외선을 흡수할 수 있다. 기존보다 간단하며 안정적으로 밴드갭을 조절할 수 있고, 기존 소자보다 광반응성 50배, 광반응 속도를 3배 이상 향상했다.

공동연구팀이 개발한 공정은 기존의 100분의1 수준으로 매우 저렴하다. 또 매끈한 표면을 갖고 있어 유연 기판을 활용한 플렉서블 광검출 소자로 활용 가능하다는 것이 가장 큰 장점이다.

KRISS 송승우 선임연구원은 “이번 연구결과는 여러 종류의 2차원 층상 반도체, 금속, 부도체 물질에 고루 활용될 수 있다”며 “다양한 2차원 층상물질과 유기이온의 조합을 통해 소재가 가진 물성 개선하고 활용성 높은 신소재 합성에 이용될 것으로 기대한다”고 말했다.