KAIST, 신개념 초고감도 양자점 아발란체 적외선 센서 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 기존 성능 대비 10배 이상 향상한 신개념 초고감도 양자점 아발란체 적외선

센서를 개발해 주목된다.

한국과학기술원(KAIST)은 전기 및 전자공학부 이정용 교수 연구팀이 콜로이드 양자점을 활용해 하나의 적외선 광자 흡수로 85배의 전자를 생성할 수 있는 아발란체 전자 증폭 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

아발란체 전자 증폭은 기술 강한 전기장이 인가된 반도체에서 전자가 가속돼 원자와 충돌을 통해 다수의 전자를 생성하는 신호 증폭 기술이다.

화학적으로 합성된 반도체 나노입자인 콜로이드 양자점은 용액 기반 반도체로서 적외선 센서의 실용적인 후보로 주목받고 있으며, 결정질 반도체와 다른 에너지 구조를 가져 열잡음 생성을 억제하는 장점이 있다. 하지만 전하 이동도가 낮고, 양자점 표면에서 자주 발생하는 불완전 결합 때문에 전하의 재결합이 촉진돼 전하 추출이 저하되는 문제가 있었다.

이에 연구팀은 강한 전기장을 인가해 전자를 가속해 운동에너지를 얻고, 인접 양자점에서 다수의 추가 전자들을 생성함으로써 상온에서 적외선을 쬘 때 신호가 85배 증폭되고 일반 야간 투시경보다 수만 배 정도 높은 감도를 가지는 소자를 구현했다.

적외선 광검출기는 자율주행차부터 양자컴퓨팅에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 하지만, 기존 양자점 기반 기술은 민감도와 잡음 문제로 한계가 있었다.

이번 연구 성과는 새로운 패러다임 전환을 불러올 기술이 될 것으로 기대되며, 양자기술이 관련된 핵심 원천 기술을 선점함으로써 글로벌 양자 기술 시장을 대한민국이 주도할 수 있는 중요한 기술적 토대를 확보했다는 평가다.

KAIST 정보전자연구소 김병수 박사(제1 저자)는 “양자점 아발란체 소자는 기존에 보고된 바 없는 신개념 연구 분야로서, 본 원천 기술을 통해 글로벌 자율주행차와 양자 컴퓨팅, 의료 영상 시장 등을 선도할 벤처 기업 육성을 주도할 수 있을 것”이라고 말했다.

IMEC 이상연 박사와 한국세라믹기술원 고현석 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

이번 연구 성과는 국제 최상위 학술지 '네이처 나노테크놀로지' 온라인에 지난달 18일 게재됐다.

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