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GIST, 그래핀-실리콘 결합한 고성능 광센서 개발

발행일2018.06.07 20:00

국내 연구진이 그래핀과 실리콘 반도체 접합으로 '시너지 효과'를 일으켜 이전보다 성능을 강화한 광센서를 개발했다.

한국연구재단은 이병훈 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 교수팀이 그래핀과 반도체 접합면 사이에 발생하는 특이한 전하이동 현상을 이용한 저전력 고성능 광센서를 개발했다고 7일 밝혔다.

광센서는 빛에너지를 흡수해 전기에너지를 출력하는 장치다. 디지털 카메라, 자율주행차, 광통신 등 산업분야에서 활용한다.

Photo Image<GIST가 개발한 그래핀-실리콘 광센서 모식도>

전기이동도가 탁월한 그래핀과 빛에너지 흡수능력이 뛰어난 실리콘 반도체를 센서 재료로 활용하는데 각각 단점이 있다. 그래핀은 두께가 너무 얇아 충분한 광에너지를 흡수하기 어렵다. 반면에 반도체는 그래핀보다 전하이동도가 낮다.

연구팀은 그래핀과 실리콘 반도체를 접합해 각 재료가 가진 문제를 해결했다. 접합 재료는 단순히 기존 문제를 해결하는데 그치지 않고 새로운 '상승효과'를 낸다. 접합면 사이에 그동안 알려지지 않은 '전류 증폭 현상'이 추가로 발생하는 것으로 나타났다. 새로운 센서는 광반응성, 누설 전류량, 광검출 측면에서 기존에 가장 뛰어난 상용 광센서보다 수십 배 높은 성능을 보이는 것으로 나타났다. 접합공정 역시 매우 간단해 센서 제작단가를 현저하게 낮출 수 있다.

Photo Image<이병훈 GIST 교수>

연구팀은 기존 센서에서 전류 증폭 현상을 구현하기 위해서는 수백 볼트 이상 높은 전압을 가해야 한다고 설명했다.

이병훈 교수는 “기존 그래핀이나 반도체 센서와는 전혀 다른 원리로 광센서를 개발했다”며 “그래핀 실용화를 앞당기고 자율주행차, 광통신, 정밀측광기 등 다양한 산업분야에 활용할 수 있다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com

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