실리콘보다 100배 빠른 광전자 소자 개발

IBS 이현석 연구팀, 사물인터넷 등에 활용

빛의 속도로 정보를 전달할 수 있는 광전자 소자가 개발됐다.

IBS(기초과학연구원) 나노구조물리연구단 이현석 연구위원·이영희 교수 연구팀은 2차원 반도체 물질을 기반으로 한 나노 광전소자를 개발했다고 28일 밝혔다.

본격적인 사물인터넷(IoT) 시대가 되면 기존 실리콘 전자 소자로는 늘어나는 데이터를 감당하기 어려울 것으로 예상된다.

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이 때문에 빛을 이용해 실리콘 전자 소자보다 100배 이상 빠른 동작이 가능한 광전소자가 차세대 소자로 주목받고 있다.

하지만 지름 2∼10나노미터(㎚, 10억분의 1m) 크기의 반도체 입자인 양자점을 이용한 광전소자는 상온에서 작동이 불가능하고, 대면적 생산이 어려워 상용화에 한계가 있다.

연구팀은 2차원 반도체로 만든 단일층 트랜지스터 위에 지름 200나노미터(nm, 10억분의 1m) 굵기의 은 나노선을 연결, 초소형 복합소자를 개발했다.

2차원 반도체는 두께가 원자 한 층 수준으로 얇고 밴드갭(band gap·전자의 에너지 차이)이 있어 전기·화학적 특성이 우수한 물질로, 이황화몰리브덴(MoS2)이 대표적이다.

2차원 반도체가 빛을 받으면 발생하는 엑시톤(전자-정공 쌍)에 의해 광자가 방출되고 이것이 표면 플라즈몬(금속 표면에서 생성되는 유사 입자)으로 바뀌어 은 나노선을 따라가게 된다.

이어 플라즈몬 광신호가 다시 2차원 반도체 소자에 전달돼 엑시톤을 만드는 과정이 반복되면서 광신호가 빠르게 전달되는 원리이다.

양자점 광전소자와 달리 상온에서 동작이 가능하며 대면적 제작도 쉽다고 연구팀은 설명했다.

이번 연구 결과는 권위 있는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈'(Natue Communications) 이날자에 실렸다.

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