DGIST, 고효율 광전소자 개발 중요 지표 규명

▲연구팀이 구현한 소자 회로도 및 레이저에 의한 광전류 매핑. (사진제공=대구경북과학기술원)

대구경북과학기술원(DGIST)은 이종수 교수 연구팀이 빛을 전류나 전압으로 변환하는 포토트랜지스터에서의 새로운 이종접합 구조를 개발하고, 이를 이용해 광(光)전류 생성 위치와 노이즈 전류 생성의 원인을 규명했다고 28일 밝혔다.

‘전이금속 디칼코게나이드(TMDC)’는 우수한 물리적 성질과 전기적 특성을 지닌 차세대 반도체 물질로, 포토트랜지스터 제작 응용과 관련해 많은 관심을 받고 있다. 하지만 광전류 생성 원리 및 전하 균형 최적화 등 다양한 조건을 만족해야 한다.

이 교수 연구팀은 광전류 생성에 충분한 에너지 확보를 위해 양극의 텅스텐 디셀레나이드(p-WSe2), 음극의 이황화텅스텐(n-WS2)과, 이황화몰리브덴(n-MoS2) 등 TDMC를 붙여 새로운 구조의 포토트랜지스터를 개발했다. 이를 이용해 광전류가 생성되는 정확한 위치 분석과 전류량 측정 연구를 진행하는 데 성공했다.

연구팀은 실시간 광전류 매핑시스템을 자체 개발해 광전류 생성의 정확한 위치를 정확하게 분석할 수 있도록 했다. 전자와 정공 사이의 전하 균형에 따라 플리커 노이즈와 샷 노이즈의 원인 분석 연구도 함께 진행했는데, 이는 연구가 부진했던 노이즈 측정법 연구를 통해 새로운 측정방식을 제안해 그 의미가 깊다는 설명이다.

이번 연구는 향후 2차원 소재 및 하이브리드 소재를 이용한 태양전지, 광센서, 전계발광소자 개발에 필요한 광전류 생성 원리와 위치 등을 정확히 규명ㆍ추적했다는데 그 의미가 깊다. 이를 통해 향후 고효율 광전소자 개발에 중요한 지표를 제공할 것으로 DGIST는 기대했다.

이종수 교수는 “이차원 TMDC 소재의 우수성을 잘 활용하면 새로운 물성 확보 및 소자특성을 개선한 전자 및 광전소자 개발이 가능할 것이라는 생각에 연구를 시작하게 됐다”며 “아직은 실용화를 위해 다양한 연구가 추가적으로 필요한 상황이라 계속해서 연구에 집중할 예정”이라고 말했다.