▲ KRISS 송승우 선임연구원이 단순가열법으로 제작한 광검출 소자를 선보이고 있다.

국내 연구진이 단순 가열법으로 원하는 특성을 갖춘 적외선 소자 공정을 개발해 무인 자동차, 코로나 열 감지 적외선 센서 개발등에 사용될 것으로 기대된다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민)은 차세대 적외선 소자제작에 활용 가능한 새로운 공정을 개발하는 데 성공했다고 20일 밝혔다.

사물인터넷(IoT)의 모든 분야에서 사용되는 적외선 소자는 생활, 산업, 의료, 소방 등 다양한 곳에서 높은 활용성으로 주목받고 있다. 적외선 소자를 이용해 제작한 센서는 사람의 행동을 관찰해 에어컨이나 조명, PC, TV 등 전원을 자동으로 껐다 켤 수 있다.

적외선 소자제작에 사용되는 기존 2차원 층상 반도체 물질은 가시광 영역의 밴드갭을 가지고 있으며, 화학적으로 안정적인 물질이 드물었다. 적외선 소자를 포함한 광검출 소자는 검출할 수 있는 빛의 파장을 밴드갭이 결정하므로 이를 조절하는 것은 매우 중요하다.

KRISS 소재융합측정연구소 첨단오페란도분석팀과 카이스트 신소재공학과 강기범 교수 연구팀은 용액에 소재를 담가 가열하는 간단한 방법으로 밴드갭을 조절할 수 있는 공정을 개발했다.

공동연구팀은 염화물은 전자도핑을 통해 밴드갭을 변화시킬 수 있어 이를 유기이온이 포함된 용액에 담아 가열했다. 루테늄 염화물 층간에 비어있는 공간을 유기 양이온으로 채워 전자로 도핑해 밴드갭을 조절했다.

이를 이용하면 현재 사용되는 1033나노미터 파장보다 긴 1771 나노미터 파장의 적외선을 흡수할 수 있다. 기존보다 간단하며 안정적으로 밴드갭을 조절할 수 있고, 기존 소자보다 광반응성 50배, 광반응 속도를 3배 이상 향상했다.

공동연구팀이 개발한 공정은 기존의 100분의 1 수준으로 매우 저렴하고 매끈한 표면을 갖고 있어 유연 기판을 활용한 플렉서블 광검출 소자로 활용 가능하다.

KRISS 소재융합측정연구소 송승우 선임연구원은 “이번 연구결과는 여러 종류의 2차원 층상 반도체, 금속, 부도체 물질에 고루 활용될 수 있다. 또한 다양한 2차원 층상물질과 유기이온의 조합을 통해 소재가 가진 물성 개선하고, 활용성 높은 신소재 합성에 이용될 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

한편, 과학기술정보통신부 신진연구자지원사업과 KRISS 주요사업의 지원을 받은 이번 연구성과는 나노분야의 세계적 전문학술지인 에이씨에스 나노(ACS Nano, IF: 14.588)에 지난 11월 온라인 게재됐다.