이지훈 교수 연구팀, 본교 전자공학과 박사 출신 우한공과大 이명옥 교수팀과

국제공동연구 통해 ‘탁월한 효율의 근자외선 포토디텍터’ 개발 

 

-Al 메타표면 나노구조 / ZnO QD 이종결합구조에 기반한 향상된 효율과 반응성의 근자외선 (UV) 포토센서 개발,

JCR IF 9.043 과학전문지 Nano-Micro Letters 게재 -

??전자공학과 이지훈 교수 연구팀은 우한공과대학 이명옥 교수팀(Wuhan university of technology, Wuhan, China, 광운대 전자공학과 박사 출신)과 국제공동연구를 통하여 Al 메타표면 나노구조 / ZnO QD 이종 결합구조에 기반한 높은 효율 및 빠른 반응성을 나타내는 근자외선(UV) 포토센서를 개발하는 데 성공했다. 메타표면 플라즈몬 나노입자의 LSPR 효과는 다양한 광전자 소자의 효율 향상, 특성 최적화 및 감도 향상 등의 우수성을 나타내고 있어, 각종 광전자 소자 및 센서 등의 분야에서 널리 사용되고 있다.

이번 연구는 이지훈 교수팀과 이명옥 교수팀(Ming-Yu Li, Wuhan university of technology, Wuhan, China)의 국제공동연구로 이루어졌다. 우리 대학에서는 Sundar Kunwar(광운대 공동저자) 박사과정 학생이 디바이스 측정 및 나노물질 생성에 공동연구원으로 참여하였다. 이명옥 교수는 본교 전자공학과 박사(2016년 졸업) 출신으로, 현재 우한공과대학에서 정교수로 재직 중이다. 우한공과대학은 전 세계 대학순위 600위 권의 우수한 대학으로(CWUR World University Rankings 2018-2019) 36,000명의 학부생과 16,000명의 대학원생을 보유하고 있다(2020 Wikipedia).

알루미늄(Al)의 유전 함수는 전체 영역에 걸쳐 음의 실수부(ε ')와 상대적으로 낮은 허수부(ε”)를 가짐으로써 우수한 플라즈몬 공명을 보장 할 수 있는 탁월한 잠재력을 가지고 있으며, ZnO는 ~ 3.37eV의 넓은 direct 밴드갭, 높은 포화 캐리어로 인해 고성능 포토디텍터를 구현할 가능성이 있는데, 이번 연구는 각 물질을 포토센서에 최적의 컨디션으로 제조하여 두 물질의 이종 결합구조를 성공적으로 구현함으로써 높은 효율 및 빠른 반응성을 나타내는 근자외선(UV) 포토센서 개발하는 데 성공했다.

메타표면 희귀류 금속 나노 합금 구조물은, 디스플레이, LED, 쏠라쎌, 각종 센서, 에너지 추출 응용, 전력전자 소자 및 압전기 등 다양한 분야에 응용이 가능하다. 다양한 용도의 원하는 광전자 소자 응용 및 효율 향상, 특성 최적화 및 감도 향상 등을 위해서는 다양한 환경에서의 희토류 금속 메타표면 나노합금 구조물의 원자 단위 제어, 원자의 상호 및 표면 전이 과정 규명 및 나노 합금 구조물 성장에 따른 크기, 형태, 밀도 등에 대한 정밀한 제어 특성이 요구된다.

사진 설명: (a) ZnO 광활성 층 아래 (ZnO / Al 샘플) 및 (Al / ZnO 샘플) 상에 Al 나노 구조체가 조립 된 이종 구조 광 검출기의 제조 공정의 개략도. (b) ZnO / Al 및 (c) Al / ZnO 장치의 SEM 이미지. (삽입) 사이즈Al NS의 분포 히스토그램. (d) Al / ZnO 및 ZnO / Al 장치의 흡광 스펙트럼 및 실온 PL 방출 스펙트럼 (내장). (e) COMSOL 시뮬레이션을 통한 샘플 Al / ZnO 및 ZnO / Al의 전자기 (EM) 분포. (f)10 V의 바이어스에서 365 nm 광 조명 (6.9 mW cm-2) 하에서 Al / ZnO 및 ZnO / Al 장치의 시간 광 반응. (g) 각 장치의 광 응답 (Rs) 및 외부 양자 효율 (EQE).

본교 전자공학과 박사출신 이명옥 교수는 박사과정 재학 중(2011 - 2016) 10여편의 제1저자 논문 외 총 20편의 SCI 논문을 출판하였으며, 졸업 후 Huazhong University of Science and Technology(HUST, 중국내 광전자 분야 1위 대학)에서 4년동안 연구교수로 재직하는 동안 총 10여 편에 달하는 IF 5 ~ 20 사이 SCI 논문을 출판하는 기염을 토해냈다. 이명옥 교수는 2020년 3월부터 Wuhan university of technology 물리학과에 정교수로 부임하였다. 중국 다수 대학은 연구실적에 따라 공식 직위를 부여함을 보면 아주 우수한 실적임을 알 수 있다.

이명옥 교수는 “광운대 전자공학과 출신으로 지도교수님이신 이지훈 교수님과 국제공동 협업연구을 할 수 있어 뜻깊은 시간이었다”라며 “지도교수님을 비롯하여 여러 전자공학과 교수님의 가르침에 다시 한번 감사드리며 지도교수님께서 항상 하신 말씀처럼 꾸준히 연구하는 연구자가 되고자 한다”라고 말했다. 이어 “현재 거주하고 있는 Wuhan(우한)을 포함한, 세계 여러나라들이 신속히 코로나-19의 영향에서 벗어나 정상으로 돌아왔으면 좋겠다”라고 덧붙였다. 

한편, 이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 중점연구소 및 중견연구자 지원사업과 광운대학교의 일부 지원으로 수행되었고 연구 결과는 과학전문지 Nano-Micro Letters(IF: 9.043) 2020년 5월자 온라인 판에 “High Responsivity and Fast UV Photodetector Based on Controllable Self-assembled Al Nanostructure/ ZnO QD Heterostructures”의 제목으로 게재되었다(JCR카테고리 랭킹: Q1, MATERIALS SCIENCE, MULTIDISCIPLINARY).
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