나노기술 및 정책 정보

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● 성균관대학교 나노과학기술원 배완기 교수, 황의헌 교수, 한국과학기술원(KAIST) 이도창 교수 공동연구팀은 친환경 양자점 소재인 III-V/II-VI 양자점의 이종전자가 계면에 존재하는 계면 쌍극자가 양자점 소재의 광‧전기적 특성에 미치는 영향을 규명

● 양자점은 크기에 따라 밴드갭이 조절 가능한 나노반도체 소재로, 디스플레이, 레이저, 태양광 집적기, 바이오마커 등의 응용 분야에 폭넓게 활용 가능하며, 특히 양자점은 기존의 유기반도체 기반 전계발광소자(OLED) 보다 우수한 색순도를 나타내어 차세대 디스플레이 소재로 큰 주목을 받고 있음.

● 양자점의 광·전기적 특성은 양자점 소재의 조성 및 크기에 의해 조절이 가능하며 소재 조성의 선택이 제한적인 친환경 양자점의 경우, 오직 크기 제어를 통해서만 양자점의 특성 제어가 가능하다고 알려져 있었음.

● 연구팀은 III-V/II-VI 핵/껍질 양자점 계면에 존재하는 계면 쌍극자가 양자점의 전하 분포 및 에너지 준위를 제어할 수 있는 새로운 조절 인자임을 최초로 확인

● 연구팀은 습식화학기법을 통하여 계면 쌍극자를 원자 수준에서 제어하여 양자점 소재의 광·전기적 특성을 조절하였으며, 나아가 고효율 고안정성 디스플레이 소자를 구현할 수 있음을 제시

● 특히, 습식화학기법을 통하여 III-V족의 핵과 II-VI족의 껍질층의 계면을 정교하게 제어하여, 이종전자가 계면에서의 쌍극자 모멘트의 밀도를 조절하였고, 이를 통하여 양자점 소재 조성 및 크기 변화 없이 양자점의 전기적 에너지 준위를 자유자재로 제어하였으며, 궁극적으로 양자점 기반 전계발광소자의 성능을 극대화할 수 있음을 제시

● 본 연구는 양자점의 에너지 준위를 조성 및 크기로만 조절 가능하다는 기존의 개념을 넘어 핵‧껍질 계면에서 발생하는 전기 쌍극자도 에너지 준위를 조절할 수 있는 중요한 요소임을 처음으로 보고한 점에 의미가 있으며, 이는 다양한 에너지 준위를 갖는 양자점 합성에 활용할 수 있을 것을 기대

※ 용어설명

- 양자점(Quantum Dots): 0차원적 구속으로 에너지 준위의 양자화가 나타나는 나노 크기의 초미세 입자

※ Nature Materials 게재(2021.11.18.), “Interface polarization in heterovalent core/shell nanocrystals”

※ 한국연구재단(함께달리기, 소재융합혁신, 중견연구, 나노미래소재원천기술개발사업), 삼성디스플레이, 한국전자통신연구원(기본사업) 지원