이지훈 교수 연구팀, 메타표면 기반 금-팔라듐 코어쉘 나노입자, 이황화 몰리브덴 나노플레이크 (MoS2 Nanoflakes) 활용 포토디텍터 응답성 월등히 향상

- 메타표면 기반 금-나노쉘 백금-코어 하이브리드 입자기술 적용하여 포토센서 광반응성 크게 개선 -

- ACS Applied Nano Materials저널 커버 선정 -

<슈센린 박사과정 연구원(좌)과 이지훈 교수(우)>

본교 전자공학과 이지훈 교수 연구팀은 전자공학과 슈센린 석박통합과정 연구원(제1저자)과 함께 메타표면 플라즈몬 기반의 금-팔라듐은 코어쉘 나노입자, 이황화 몰리브덴 나노플레이크 및 산화아연 양자점을 통합한 ‘하이브리드 NUV(근자외선) 포토디텍터’를 개발하는데 성공했다.

포토디텍터(photodetector, PD)는 광검출기 또는 포토센서 라고도 불리는, 광자와 전자기파를 탐비하는 소자이다. 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 및 피부암과 같은 다양한 질병을 유발하는 것으로 폭넓게 알려져 있다. 또한, 자외선은, 작물 생산에 직접적인 영향을 미치기도 하며, 건축물의 수명에도 영향을 미치는 등, 우리 생활에 밀접을 영향을 미친다. 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.

<사진 설명: 메타표면 기반 금-팔라듐 코어쉘 나노입자 기반 하이브리드 포토디텍터 개략도(저널 커버- ACS Applied Nano Materials, Vol 5 Iss 03, 2022)>

이지훈 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 새롭게 제안된 근자외선(NUV) 하이브리드 광검출기 구조개선을 통하여 향상된 포토디텍터 성능을 구현했다. 금-팔라듐은 코어쉘 나노입자는 플라즈모닉 현상을 이용하여 풍부한 핫스팟을 제공하고, 풍부한 광전자 생성에 기여하였다. 또한, 이황화 몰리브덴 나노플레이크를 디바이스 엑티브 레이어(layer)에 하이브리드 시켜, 추가 광전자 생성을 유도 하였다. 우수한 산화아연 양자점 층은 디바이스 액티브 레이어의 암전류(Dark current)를 낮추고, 광전류 생성에 크게 기여 하였다. 이를 통하여, 포토디텍터 디바이스 감도를 크게 향상시켰으며, 극소량의 광자 탐지는 화염 초기 탐지, 바이러스 초기 탐지 등에도 응용이 가능하다.

이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 중견연구자 지원사업, 중점연구소, BK-21과 광운대학교의 지원으로 수행되었고, 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”의 제목으로 게재되었으며, ACS-ANM Volume 5, issue 3에 저널 커버로 선정되었다.

* Web link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.1c03748