미래부 "국내 연구진, 원자층 반도체 광변환 효율 저하 원인 규명"

아주경제 신희강 기자 = 국내 연구진이 원자 두께의 반도체에서 광변환 효율이 떨어지는 원인을 규명했다.

미래창조과학부는 최현용 연세대 교수 연구팀이 원자층 반도체에 빛을 흡수시키면 새로운 형태의 반입자(엑시톤 반입자)가 나타나 광변환 효율을 저하시킨다는 사실을 규명했다고 8일 밝혔다.

원자층 반도체란 그래핀처럼 두께가 원자 수준이지만 밴드갭(띠 간격)이 있어 빛의 흡수가 용이한 물질을 말한다. 밴드갭은 물질의 고유한 물리량으로, 그 값이 0eV(일렉트론볼트)에 가까울수록 전류가 쉽게 흐른다.

일례로 이황화몰리브덴(MoS₂)은 몰리브덴과 황이 육각 모양으로 공유결합을 이루는 물질로, 밴드갭이 없는 그래핀과 달리 밴드갭이 존재한다. 때문에 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다.

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또 강력한 빛-물질 상호작용 능력이 있어 태양전지, 발광 소자, 광 탐지기 등 광전자 소자로 제작했을 때 효율을 크게 향상시킬 것으로 기대되고 있다. 

최 교수 연구팀은 이황화몰리브덴 단일 박막에 펨토(10의 -15승)초 레이저를 쪼이는 초고속 분광법을 이용해 광학적으로 측정이 불가능했던 새로운 엑시톤 반입자가 존재한다는 것을 확인했다.

엑시톤 반입자란 전자와 정공이 서로 강하게 묶여 움직이지 못하면서 빛에 의한 전류, 즉 광전류를 만들어낼 수 없는 상태를 가리킨다.

최 교수는 "이번 엑시톤 반입자의 발견은 이황화몰리브덴이 광전자 소자로서 갖고 있던 문제점의 원인을 밝힌 것"이라며 "이번 연구는 과학계의 난제 중 하나를 풀어낸 것으로 앞으로 광센서, 광검출기, 태양 전지 등 다양한 광전자 분야에 기여할 것"이라고 내다봤다.

한편 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 지난달 25일자에 게재됐다.