나노기술 및 정책 정보

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● 일본 홋카이도대학교 대학원 공학연구원 에너지·머티리얼 융합영역 연구센터의 와타나베 세이치 교수 연구팀이 물과 빛만을 이용한 ‘수중결정광합성법(Submerged Photosynthesis of Crystallites, SPSC)’이라는 새로운 방법을 통해, 우수한 품질의 계면으로 이루어진 3차원 반도체 구조를 제작

● 연구팀은 해당 구조를 이용하여 반도체의 이종계면에서 일어나는 광기능 발현 메커니즘을 규명하기 위해 전자현미경과 제1원리 계산을 통하여 원자 수준의 전자 분포도, 광물성 해석을 실시함으로써, 계면에서의 특이한 전자 구조의 존재를 밝혀냄.

● 특히, 연구진은 물과 빛만을 사용하여 제작하는 SPSC라는 친환경 나노 재료 합성법을 개발, ZnO/CuO(산화아연/산화구리) 이종접합 반도체 나노구조를 제작

● 이를 통해 원자 배열의 정합성이 좋은 계면에서도 계면을 사이에 둔 대칭성이 무너져 치우친 전하 밀도 분포가 발생하고 있음을 규명

● 본 연구성과를 통해 계면의 쌍극자(dipole) 효과와 이에 따른 결함 현상에 의해 계면에서 에너지 준위가 형성되어, 우수한 광기능성이 발현되고 있는 것을 밝혀냄.

● 3차원 반도체 디바이스는 특히 가시광 영역에서 우수한 광 특성을 나타내기 때문에 태양광을 이용한 에너지 디바이스 재료로서 응용될 것으로 기대

※ 용어설명

- 이종접합(Hetero-Junctions): 다른 종류의 반도체 간의 접합을 뜻하며, 주로 다른 밴드갭 에너지를 가진 2개의 반도체를 접합시킴.

※ Applied Materials Today 게재(2022.01.07.), “The origin of opto-functional enhancement in ZnO/CuO nanoforest structure fabricated by submerged photosynthesis”