광운대학교 전자공학과 이지훈 교수 연구팀은 전자공학과 루투자 박사과정 연구원(제1저자)과 함께 메타표면 플라즈몬 기반의 팔라듐-은 하이브리드 나노입자, 이황화 몰리브덴 나노플레이크 및 산화아연 양자점을 통합한 ‘하이브리드 UV(자외선) 광검출기’를 개발하는데 성공했다.

 광검출기는 포토디텍터(photodetectors) 또는 포토센서(photosensors) 라고도 불리는데 빛이나 기타 전자기파를 감지하는 소자이다. 광검출기는 빛을 전류로 변환하는 접합을 갖추고 있으며 흡수된 광자는 전자/정공 쌍을 만들어 광전류로 측정된다. 

 UV(자외선) 복사는 작물 생산과 건축물의 수명 및 피부 노화 및 피부암과 같은 다양한 질병을 유발할 수 있어 우리 생활과도 밀접하게 연관되어 있다. UV(자외선) 광검출은 환경 모니터링, 오염 모니터링, 생화학 분석, 화염 감지, 위성 통신, 공장 자동화, 미사일 발사 감지 등에 폭넓게 쓰이고 있으며 동시에 많은 연구가 진행되고 있는 분야이다. 최첨단 광검출기는 초고감도 및 빠른 응답을 요구하며 현재 다양한 재료 및 장치 디바이스 구조가 연구되고 있다. 

 이지훈 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 새롭게 제안된 근자외선(NUV) 하이브리드 광검출기 구조의 향상된 성능을 구현했다. 산화아연 양자점 기반 소자 구조에 하이브리드 나노입자, 이황화 몰리브덴 나노플레이크를 적용해 극소량의 광자 탐지를 위해 소자의 감도 및 응답속도를 월등히 향상시켰다. 극소량의 광자 탐지는 특히 미사일 발사 초기 탐지, 화염 초기 탐지, 바이러스 초기 탐지 등에 응용이 가능하다.

 광검출기의 성능 향상은 광활성 산화아연 양자점 층에 의해 캡슐화된 플라즈몬 나노입자에 의해 산란된 광자 및 메타표면 플라즈몬공명 유도전자의 효율적인 활용에 기인한다. 또한, 이황화 몰리브덴 나노플레이크 적용으로 추가 광전자 생성 경로를 제공했다.

 한편, 이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 중견연구자 지원사업, 중점연구소, BK-21과 광운대학교의 지원으로 수행되었고, 연구 결과는 과학전문지 Applied Surface Science (JCR 카테고리 분야 1위 (상위 4.76 %) Q1 MATERIALS SCIENCE, COATINGS & FILMS, IF: 6.707) 2021년 10월 28일자 온라인 판에 “Significantly Improved Photo Carrier Injection by the MoS2/ZnO/HNP Hybrid UV Photodetector Architecture”의 제목으로 게재되었다.

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