나노기술 및 정책 정보

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● 광운대학교 전자공학과 이지훈 교수 연구팀은 대학교 연구팀이 메타표면 플라즈몬 기반의 팔라듐-은(palladium-silver) 하이브리드 나노입자(PdAg HNP), 이황화 몰리브덴 나노플레이크(MoS2 NF) 및 산화아연 양자점(ZnO QD)을 통합한 UV 포토디텍터 하이브리드 아키텍처(광검출기)를 세계 최초로 시연

● 최신 자외선 광검출기는 현재 다양한 재료 및 디바이스 구조가 연구되고 있으며, 넓은 반도체 밴드갭, 우수한 전기적 특성, 화학적 안정성 및 상대적으로 저렴한 비용으로 인해 산화아연 양자점(ZnO QD)은 가장 유망한 물질 중 하나

● 팔라듐-은 하이브리드 나노입자(PdAg HNP) 기반 UV 포토디텍터는 반도체 양자점과 플라즈모닉 나노 구조를 통합하여 광반응성을 크게 개선

● MoS2/ZnO/HNP 하이브리드 광검출기 아키텍처의 향상된 성능은 광활성 산화아연 양자점(ZnO QD) 층에 의해 완전히 캡슐화된 플라즈몬 HNP에서 산란된 광자뿐만 아니라 메타표면 플라즈몬 공명(LSPR) 유도 핫캐리어의 효율적인 활용에 기인하고, 이황화 몰리브덴 나노플레이크(MoS2 NF)를 추가하면 추가적인 광자 흡수 경로를 제공

● MoS2/ZnO/HNP 하이브리드 디바이스 구조는 향상된 자외선 (UV) 광반응을 위해 플라즈몬 HNP, MoS2 NF 및 ZnO QD의 광자흡수 및 캐리어 이동 특성의 통합을 보여주며, 기존 UV 광검출기에 비해 월등히 높은 성능을 구현하는데 성공

● 연구팀이 개발한 하이브리드 MoS2/ZnO/HNP 포토디텍터는 10V, 3855nm, 54.9 mW/mm2 광조사에서, 4 × 10-3A의 광전류를 나타내었으며, 이는 ZnO QD 포토디텍터 광전류와 비교하면 100배 이상 효율이 상승

● 해당 광검출기는 미사일 발사 초기 탐지, 화염 초기 탐지, 바이러스 초기 탐지 등 극소량의 광자 탐지하는 데 응용 가능을 기대 

※ 용어설명

- 나노플레이크: 나노미터(nm) 크기의 박편을 의미하며, 평평한 형태는 아니지만 판과 같은 형태나 구조 특성을 보임  

※ Applied Surface Science 게재(2021.10.20.), “Dual-Step hybrid SERS scheme through the blending of CV and MoS2 NPs on the AuPt core-shell hybrid NPs”

※ 한국연구재단, 교육부(중견연구자, BK-21, 중점연구소사업) 지원