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반도체에 그래핀 결합, 백색 LED 개발

KIST 계면제어연구센터 최원국 박사팀

2012년 05월 31일(목)

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2012년 05월 31일(목)

한국과학기술연구원(KIST)은 계면제어연구센터 최원국 박사팀이 산화아연(ZnO)에 그래핀(graphene)을 결합해 백색 빛을 내는 LED(발광다이오드)를 개발했다고 29일 밝혔다.

연구팀은 산화아연 반도체의 전자 이동을 빠르게 하기 위해 그래핀을 결합시켰다. 그래핀은 흑연에서 한층씩 떼어낸 2차원 탄소 나노물질로 투명하고 전기전도성이 높아 꿈의 소재로 불린다. 산화아연은 자외선만 흡수·방출하는 반도체 물질이다. 자외선차단제로도 쓰인다.

연구팀이 산화아연에 그래핀을 덧씌운 결과 산화아연의 높은 에너지 띠에 존재하던 전자가 그래핀의 낮은 에너지 쪽으로 빠르게 이동하면서 기존에는 보이지 않던 청색 빛이 나타났다. 산화아연의 에너지가 줄어든 만큼 파장이 길어진 것이다.

연구팀은 청색 빛을 이용해 백색의 LED 소자를 개발키로 했다. 청색에 녹색과 적색을 섞으면 흰색이 되고, 녹색과 적색을 섞으면 주황색이 된다. 즉 청색에 주황색을 섞으면 백색이 되는 것이다.

연구팀은 에너지를 받으면 주항색을 내는 반도체 피닷(PEDOT)을 이용했다. 산화아연과 그래핀이 결합된 물질로 LED 구조를 제작할 때 피닷을 양극전극과 음극전극 사이에 끼워넣었다. 청색 빛이 주황색 빛을 만나 백색 빛을 낼 수 있게 된 것이다.

이번 연구결과를 활용하면 여러 산화물 반도체 소재를 그래핀과 결합, 다양한 빛의 파장을 만들 수 있게 될 전망이다.

최원국 박사는 "개발한 산화아연-그래핀 LED 소자는 인체에 무해하며, 경제적으로 대량 제작이 가능한 게 특징"이라며 "초고속 자외선 광 검출기, 질병 진단용 바이오 센서, 고용량 리튬(Li)이온 2차전지 등에 쓰일 것"이라고 말했다.

이번 연구성과는 28일 세계적인 과학학술지인 네이처(Nature)의 자매지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 온라인에 28일 실렸다.