[뉴스웍스=문병도 기자] 이종수 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학전공 교수 연구팀은 빛을 전류나 전압으로 변환하는 포토트랜지스터에서의 새로운 이종접합 구조를 개발하고, 이를 이용해 광 전류 생성 위치와 노이즈 전류 생성의 원인을 규명했다. 

이차원 물질은 물질을 구성하는 원자들이 마치 종이처럼 얇게 하나의 층으로만 구성돼 있는 물질을 뜻한다. 

그 중에서도 ‘전이금속 디칼코게나이드(TMDC)’는 우수한 물리적 성질과 전기적 특성을 지닌 차세대 반도체 물질로, 포토트랜지스터 제작 응용과 관련해 많은 관심을 받고 있다. 하지만 광전류 생성 원리 및 전하 균형 최적화 등 다양한 조건을 만족해야 한다.

이 교수 연구팀은 광전류 생성에 충분한 에너지 확보를 위해 서로 다른 세 종류의 TDMC를 붙여 새로운 구조의 포토트랜지스터를 개발했다. 

개발된 포토트랜지스터는 양극의 텅스텐 디셀레나이드(p‐WSe2), 음극의 이황화텅스텐(n‐WS2)과, 이황화몰리브덴(n‐MoS2) 세 종류의 TDMC를 접합된 이종접합 포토트랜지스터로, 이 교수 연구팀은 개발한 포토트랜지스터를 이용해 광전류가 생성되는 정확한 위치 분석과 전류량 측정 연구를 진행하는데 성공했다.

이 교수 연구팀은 실시간 광전류 매핑시스템을 자체 개발해 광전류 생성의 정확한 위치를 정확하게 분석할 수 있도록 했다. 전자와 정공 사이의 전하 균형에 따라 플리커 노이즈와 샷 노이즈의 원인 분석 연구도 함께 진행했는데, 이는 연구가 부진했던 노이즈 측정법 연구를 통해 새로운 측정방식을 제안해 그 의미가 깊다고 할 수 있다.

이번 연구는 향후 2차원 소재 및 하이브리드 소재를 이용한 태양전지, 광센서, 전계발광소자 개발에 필요한 광전류 생성 원리와 위치 등을 정확히 규명·추적했다는데 그 의미가 깊다. 

이를 통해 향후 고효율 광전소자 개발에 중요한 지표를 제공할 것으로 기대된다.

이종수 교수는 “이차원 TMDC 소재의 우수성을 잘 활용하면 새로운 물성 확보 및 소자특성을 개선한 전자 및 광전소자 개발이 가능할 것이라는 생각에 연구를 시작하게 됐다”며 “아직은 실용화를 위해 다양한 연구가 추가적으로 필요한 상황이라 계속해서 연구에 집중해나갈 예정”이라고 말했다.

한국연구재단의 중견후속과제 및 DGIST Pre-CoE 연구과제 지원으로 나현수, 정민혜 석박통합과정생이 공동 주저자로 참여한 이번 연구결과는 재료과학, 물리학 분야의 최고 분야지중의 하나인 어드밴스드 사이언스에 지난 8월 18일 게재됐다.