원자두께의 반도체에서 광변환 효율 저하요인 규명
원자두께의 반도체에서 광변환 효율 저하요인 규명
  • 육지연
  • 승인 2016.03.09 11:03
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이황화몰리브덴 원자층 2차원 물질을 이용한 광소자 개발 가능성 열어
▲ 최현용 교수 (출처: 미래창조과학부)

[피디언]“원자층 반도체에 빛을 흡수시키면 기존에 관측할 수 없었던 새로운 형태의 반입자(엑시톤 반입자)가 나타나 광변환 효율을 저하시킨다는 것이 국내 연구진을 통해 규명됐다”고 미래창조과학부가 밝혔다.

원자층 반도체는 그래핀과 같이 두께가 원자층(작은 원자가 한겹으로 배열)이지만 밴드갭이 있어서 빛의 흡수가 용이한 물질이다. 대표적으로 MoS2, WS2, MoSe2 등의 전이금속 디칼코게나이드계열의 2차원 물질이 있다.

엑시톤(Exciton) 반입자는 모든 반도체는 빛을 흡수했을 때 전자와 정공이라는 자유전자를 만들어 내서 전류가 흐를 수 있다. 그러나 특정한 조건에서는 전자와 정공이 매우 강하게 묶여 서로 속박되어 물질 내에서 자유롭게 움직이지 못하게 되어 빛에 의한 전류, 즉 광전류를 만들어 낼 수 없다. 전자기적의 강한 속박력으로 묶여 있는 전자와 정공의 상태를 엑시톤(Exciton) 반입자라고 부른다.

최현용 교수 연구팀(연세대)은 미래창조과학부 기초연구사업(중견연구자지원사업)지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 세계적 권위의 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 2월 25일자에 게재됐다.

그 동안 학계에서는 광변환 효율이 매우 낮게 보고 됐는데, 그 원인이 무엇인지는 많은 과학자들의 의문이었다. 연구팀은 낮은 광변환 효율이 엑시톤 반입자로 인한 것임을 실험적으로 밝혀냈다.

최현용 교수는 “이번 연구는 과학계의 난제 중 하나를 풀어낸 것으로 앞으로 광센서, 광검출기, 태양 전지 등 다양한 광전자 분야에 기여할 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.

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