[한국대학신문 이원지 기자] 광운대학교(총장 김종헌)는 이지훈 전자공학과 교수 연구팀이 메타표면 플라즈몬 기반의 금-팔라듐은 코어쉘 나노입자, 이황화 몰리브덴 나노플레이크 및 산화아연 양자점을 통합한 ‘하이브리드 NUV(근자외선) 포토디텍터’를 개발하는데 성공했다고 30일 전했다.

포토디텍터(photodetector, PD)는 광검출기 또는 포토센서 라고도 불리며 광자와 전자기파를 탐비하는 소자다. 포토센서 디바이스는 광자(빛)을 전자(전류)로 변환하는 접합으로 이루어지며 흡수된 광자는 전자·정공 쌍을 만들고 광전자는 광전류를 형성한다.

자외선(UV)은 피부 노화·피부암과 같은 다양한 질병을 유발하는 것으로 폭넓게 알려져 있다. 작물 생산에 직접적인 영향을 미치기도 하며 건축물의 수명에도 영향을 미치는 등 우리 생활에 밀접을 영향을 미친다.

이에 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 분야다. 최첨단 광검출기는 초고감도·빠른 응답을 요구하며 현재 다양한 재료·장치 디바이스 구조가 연구되고 있다.

연구팀은 이번 연구를 통해 새롭게 제안된 근자외선(NUV) 하이브리드 광검출기 구조개선을 통해 향상된 포토디텍터 성능을 구현했다.

금-팔라듐은 코어쉘 나노입자는 플라즈모닉 현상을 이용해 풍부한 핫스팟을 제공하고 풍부한 광전자 생성에 기여했다. 또 이황화 몰리브덴 나노플레이크를 디바이스 엑티브 레이어(layer)에 하이브리드 시켜 추가 광전자 생성을 유도했다. 우수한 산화아연 양자점 층은 디바이스 액티브 레이어의 암전류(Dark current)를 낮추고 광전류 생성에 크게 기여했다.

이를 통해 포토디텍터 디바이스 감도를 크게 향상시켰으며 극소량의 광자 탐지는 화염 초기 탐지, 바이러스 초기 탐지 등에도 응용이 가능하다.

한편 이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 중견연구자 지원사업, 중점연구소, BK-21과 광운대의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 과학전문지 <ACS Applied Nano Materials (JCR IF: 4.86)>에 ‘MoS2 Nanoflake and ZnO Quantum Dot Blended Active Layers on AuPd Nanoparticles for UV Photodetectors’라는 제목으로 게재됐고 <ACS-ANM Volume 5, issue 3>에 저널 커버로도 선정됐다.