국내 연구진이 최대 1000배 빠르게 반응하는 고성능 적외선 센서를 개발했다.
광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 김봉중 신소재공학부 교수팀이 전이 금속 산화물인 이산화바나듐 단결정 나노 입자를 이용, 새로운 원리로 작동하는 고성능 적외선 센서를 개발했다고 9일 밝혔다.
김 교수팀이 개발한 광센서는 실온에서 높은 반응성과 감도를 유지하면서 수 나노초 반응속도를 보였다. 이차원 단일층과 이종구조로 이뤄진 적외선 센서 가운데 가장 우수하며 반응속도는 1000배 빠르다.
이번 연구 결과는 과다 수소 도핑된 준안정상태 단결정 이산화바나듐 나노입자를 적외선 센서에 최초로 적용한 사례다. 수소원자 이동은 매우 빠르게 이뤄지며 특정 전압 구간에서 폭발적인 광전류 상승을 이끌어내 높은 반응과 감도를 일으키는 원인이 된다.
지금까지 적외선 광 검출 성능은 전자-정공 쌍을 효과적으로 분리할 수 있는 좁은 밴드 갭과 작동 메커니즘을 갖는 소재와 구조에 의해 결정됐다. 하지만 그동안 물질과 작동 메커니즘으로 적외선 광센서의 주요 성능지수를 향상시키는데 한계가 있었다.
연구팀은 광 조사 시 격자 내부의 가장 안정된 침입형 자리에 있던 수소가 다른 불안정한 침입형 자리로 이동하는 현상을 이용해 고성능 적외선 센서를 개발했다.
김봉중 교수는 “적외선 광센서에 전이 금속 산화물을 이용하고 수소 원자 도핑으로 광전소자와 에너지 소자 성능을 획기적으로 개선할 수 있었다”며 “열 화상 카메라와 생의학 이미징, 야간 투시경 등 최신 다기능 시스템에 적용할 수 있다”고 말했다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
