포스텍 신소재공학과 공의현 박사팀 양자점 ‘밴드 갭’ 조절 기술 개발

디스플레이, 초미세반도체, 의료기기 등 다양한 제품에 사용되는 양자점의 가장 큰 걸림돌로 지적됐던 밴드갭(band gap)을 제어할 수 있는 새로운 기술을 포스텍 연구팀이 개발해 학계의 관심을 모으고 있다.

포스텍은 10일 신소재공학과 공의현 박사(32·사진) 팀이 양자점의 상전이를 이용, 하나의 양자점에 두 가지 상태를 공존시켜 양자점의 밴드 갭을 조절할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

대학측은 이번 연구는 재료과학분야의 권위지인 ‘스몰(Small)’의 4월호 표지논문으로 발표됐으며, 이 기술을 적용하면 전극의 광학적 특성이 수 배 이상 증가해 양자점 감응형 태양전지의 효율이 50% 이상 향상될 수 있다고 덧붙였다.

연구팀에 따르면 밴드 갭은 전자가 존재하는 에너지 레벨과 전자가 존재하지 않는 에너지 레벨 사이의 차이를 의미하는 것으로, 이 차이에 따라 물질의 전기 전도성 정도가 결정된다.

이에 따라 전도성을 이용해 디스플레이나 반도체, 의료기기에 활용되는 양자점의 특성상 이 밴드 갭을 조절하는 것은 광학·전기적 특성을 크게 개선시킬 수 있는 중요한 연구다.

그동안 밴드 갭을 조절하는 방법으로 양자점의 크기를 제어하는 등 다양하게 발표됐지만 복잡하고 비용이 많이 든다는 것이 단점으로 지적돼 왔다.

이에 연구팀은 진공장비 등 고가의 장비 없이 공기 중에서 짧은 시간 열처리를 통해 양자점 속 격자를 뒤틀리게 함으로써 밴드 갭을 조절하는 기술을 제안했다. 이 기술을 적용할 경우 공정시간이 짧을 뿐 아니라 비용도 큰 폭으로 낮아진다.

공의현 박사는 “이번에 개발한 신기술은 다양한 종류의 반도체 양자점에 적용될 수 있어 양자점을 이용하는 여러 기기에 활용할 수 있는 장점을 갖고 있다”고 말했다.

포항=마창성기자 mcs12@yeongnam.com


☞양자점= 화학적 합성 공정을 통해 만드는 나노미터(㎚) 크기의 반도체 결정체를 말한다.

☞상전이(相轉移)= 물질이 다른 상(相)으로 상태를 옮기는 현상. 전도체가 정상에서 초전도상태로 바뀌거나 합금의 성분원자가 저온에서는 규칙적으로 배열되어 있지만, 온도가 상승하면 일정 온도에서 불규칙한 배열로 바뀌는 등의 현상을 상전이라고 한다.

마창성 기자

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