적외선 광자 1개로 전자 85개 생성…KAIST, 기존 양자점 넘는 적외선 센서 기술 개발

양자점 소재·소자에서의 '아발란체 전하 증폭' 메커니즘 개요

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)이 양자점 소재를 차세대 양자 기술로 활용할 돌파구를 제시했다.

KAIST는 이정용 전기 및 전자공학부 교수팀이 콜로이드 양자점을 활용해 하나의 적외선 광자를 흡수, 85배 전자를 생성할 수 있는 '아발란체 전자 증폭 기술'을 개발하고 기존 기술 한계를 넘는 감도를 달성했다고 8일 밝혔다.

아발란체 전자 증폭 기술은 강한 전기장이 인가된 반도체에서 전자가 가속돼 인접 원자와 충돌해 다수전자를 생성하는 신호 증폭 기술이다.

화학 합성한 반도체 나노입자인 콜로이드 양자점은 용액 기반 반도체다. 열잡음 생성을 억제하지만 전하 이동도가 낮고, 양자점 표면에서 자주 발생하는 불완전 결합 때문에 전하 재결합이 촉진돼 전하 추출이 저하된다.

이에 연구진은 아발란체 전자 증폭기술을 더했다.

강한 전기장을 인가해 전자를 가속해 운동에너지를 얻고, 인접 양자점에서 다수 추가 전자들을 생성함으로써 상온에서 적외선 조사 시 신호가 85배 증폭된다. 일반 야간 투시경보다 수만 배 정도 높은 감도를 보여준다.

이번 연구로 양자 기술 관련 핵심 원천 기술을 선점, 글로벌 양자 기술 시장을 대한민국이 주도할 수 있는 중요한 기술적 토대를 확보했다는 평가가 나온다.

제1 저자인 김병수 박사는 “양자점 아발란체 소자는 기존에 보고된 바 없는 신개념 연구 분야로, 이 원천 기술로 글로벌 자율주행차와 양자 컴퓨팅, 의료 영상 시장 등을 선도할 벤처 기업 육성을 주도할 수 있을 것”이라고 말했다.

KAIST 정보전자연구소의 김병수 박사, 이사연 IMEC 박사, 고현석 한국세라믹기술원 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 네이처 나노테크놀로지 지난달 18일 자 온라인판에 게재됐다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 지원을 받아 수행됐으며, 주요 지원 사업으로는 나노및소재기술개발사업(경쟁형), 미래디스플레이 전략연구실사업, 개인기초연구사업 중견연구가 있다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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