‘단순가열법’으로 원하는 특성 갖춘 적외선 소자 만든다

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 한국표준과학연구원과 카이스트 공동연구팀이 차세대 적외선 소자제작에 활용 가능한 새로운 공정을 개발하는 데 성공했다.

이 기술을 이용하면 기존 공정 가격의 100분 1의 수준으로 소자제작이 가능하며, 플렉서블 기기 제작 등에 활용할 수 있어 향후 응용 가능성이 클 것으로 기대된다.

20일 표준연에 따르면 사물인터넷(IoT)의 거의 모든 분야에서 사용되는 적외선 소자는 생활, 산업, 의료, 소방, 로봇 등 다양한 곳에서 높은 활용성으로 주목받고 있다.

하지만, 적외선 소자제작에 사용되는 기존 2차원 층상 반도체 물질은 주로 가시광 영역의 밴드갭을 가지고 있는 데다 화학적으로 안정적인 물질이 드물었다.

이에 공동연구팀은 용액에 소재를 담가 가열하는 간단한 방법으로 밴드갭을 조절할 수 있는 공정을 개발했다.

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

연구팀은 전자 간 강한 반발력을 가지는 모트 절연체인 루테늄 염화물에 유기 양이온을 삽입해 전이금속 주변에 국부적인 전하도핑을 유도했다.

그 결과, 기존 1.2 eV의 밴드갭을 가지던 루테늄 염화물의 밴드갭을 크게 줄여 0.7 eV 영역의 근적외선 검출이 가능한 소자로 활용 가능하다는 것을 규명했다.

이를 이용하면 현재 사용되는 1033㎚(나노미터·1㎚는 10억분의 1m) 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 100분의 1 수준으로 매우 저렴하다.

특히, 매끈한 표면을 갖고 있어 유연 기판을 활용한 플렉서블 광검출 소자로 활용 가능하다는 것이 가장 큰 장점이다.

표준연 송승우 선임연구원은 “다양한 2차원 층상물질과 유기이온의 조합을 통해 소재가 가진 물성을 개선하고, 활용성 높은 신소재 합성에 이용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구성과는 나노분야의 세계적 전문학술지인 ‘에이씨에스 나노’ 온라인판에 지난달 게재됐다.