[사이언스] 빠른 속도로 빛을 검출하는 비납계 페로브스카이트 포토디텍터 개발

주석 기반 페로브스카이트 개발로 노이즈 억제 원리 규명

특허뉴스 박진석 기자 | 기사입력 2023/01/10 [14:00]

[사이언스] 빠른 속도로 빛을 검출하는 비납계 페로브스카이트 포토디텍터 개발

주석 기반 페로브스카이트 개발로 노이즈 억제 원리 규명

특허뉴스 박진석 기자 | 입력 : 2023/01/10 [14:00]

▲ 주석 기반 비납계 페로브스카이트 포토디텍터 구조 모식도 및 주석 성분에 의한 노이즈 억제 효과 설명 그림(그림/자료제공=한국연구재단)  © 특허뉴스


기존 연구대비 빠른 속도로 빛을 검출해낼 수 있는 비납계 페로브스카이트 소재 기반 포토디텍터가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 

 

한국연구재단은 중앙대학교 왕동환 교수와 성균관대학교 공동연구팀이 납을 사용하지 않은 페로브스카이트 소재 박막의 안정성 향상을 위해 패시베이션 공정을 도입하여 노이즈가 효과적으로 억제된 포토디텍터를 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.

 

최근 무기 감광 소재를 대체할 수 있는 차세대 감광 소재로 조성에 따라 흡광도 조절이 가능한 페로브스카이트 소재가 각광받고 있지만, 납으로 인한 유해성으로 상용화에 어려움이 있었다. 

 

또한, 기존의 납계 페로브스카이트는 납 이온과 할로겐 이온 사이의 결합력이 상대적으로 낮아 이온들이 구조 내에서 쉽게 이동이 가능한데, 이러한 특성은 외부 전하의 주입을 쉽게 해 포토디텍터 성능 저하의 가장 큰 원인인 노이즈 발생을 야기해 왔다. 

 

이에 공동연구팀은 납을 대체할 수 있는 성분인 주석 소재를 활용, 안정적으로 박막을 형성할 수 있는 패시베이션 기술을 적용해 양질의 비납계 페로브스카이트 소재를 개발하는 데 성공했다. 

 

기존의 납계 소재와 달리 주석을 기반한 페로브스카이트 소재는 주석과 할로겐 이온의 강한 결합 에너지를 통해 내부 이온의 이동을 제한함으로써 포토디텍터 내에서의 노이즈 발생을 억제하는 데 탁월함을 보였다. 

 

이를 통해 성능을 악화시키는 주입 전류가 차단됨으로써 우수한 감광 능력과 빠른 속도를 갖춘 비납계 페로브스카이트 포토디텍터 구현이 가능함을 검증할 수 있었다. 

 

이번 연구로 주석 기반 페로브스카이트 소재가 적용된 차세대 포토디텍터가 구현됨으로써, 친환경 기술과 성능 향상 기술의 동시 구현이 가능할 것으로 예상하고 있다. 

 

특히, 다양한 페로브스카이트 소재 기반 차세대 광전변환소자 및 디스플레이 분야에서의 적용이 가능할 것으로 보여 관련 기술 발전에 이바지할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 

 

이번 연구의 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’에 12월 16일 게재되었고, 연구의 우수성을 인정받아 표지 논문으로 선정되었다.

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