자체 필터링 가능한 초저소음 적외선 양자점 광검출기 모식도. [고려대 제공]

[헤럴드경제=박혜원 기자] 고려대 연구팀이 고분자 광학차폐층을 활용한 초저소음 적외선 양자점 광검출기 핵심기술을 개발했다.

4일 고려대에 따르면 한국시간 기준 지난달 22일, 심재원 공과대학 전기전자공학부 교수팀(제1저자 김태혁 석박사과정)과 오승주 교수팀(제1저자 최영군 석박사과정)으로 구성된 고려대 연구진의 이번 연구결과가 세계적 학술지 ‘Advanced Materials’에 온라인 게재됐다.

사물 인터넷(IoT)에 활용되는 광전자 시스템이 주목받는 가운데, 양자점 광검출기는 높은 광 감도로 원격 감지, 깊은 조직 침투 및 특정 분자 흡수에 필요한 선택적 근적외선(NIR) 감지에서 중추적인 역할을 한다.

고려대 연구팀은 1000nm이상 감지에 한계가 있는 기존 NIR PD의 실리콘 PD를 보완할 수 있도록, 두꺼운 고분자 광학 차폐층을 삽입했다. 이를 통해 선택적 NIR 감지와 동시에 극도로 낮은 노이즈를 갖는 장치 개발에 성공했다. 이 장치의 소음 스펙트럼 밀도는 약 ~10-27 A2/Hz로 980nm 파장 대역에서 높은 검출도인 1.31×1011 Jones를 달성했다.

이는 고분자 광학 차폐층을 양자점 반도체 내부에 삽입해 자체 필터링이 가능한 기술로, 원하지 않는 가시광 영역을 차단했다. 또 가시광 영역의 응답성을 92% 이상 감소시켰다. 내부 결함과 열적으로 생성된 전류억제 및 긴 정공 수송 경로를 제공해 잠재적으로 노이즈 전류를 크게 줄였다.

해당 장치는 좁은 밴드갭 재료의 높은 노이즈 전류 한계를 해결해, 지금까지 보고된 양자점 광검출기 중 가장 낮은 노이즈 수준이다. 연구진 관계자는 “이번 성과는 적외선 양자점 광전자 장치 분야의 혁신적이고 독창적인 연구로, 차세대 원격 모니터링과 보안 및 선택적 조직 침투 기술에 기여할 수 있는 새로운 가능성을 열어준 결과”라고 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구 지원사업, 이공중견연구자지원사업, 산업통상자원부의 기술혁신 프로그램 지원으로 수행됐다.