고려대 정광섭 교수팀, 단적외선 영역의 저독성 광검출기 최초 개발 … 군수·민간 적외선 센서 시장 선점 기대

고려대학교는 화학과 정광섭 교수 연구팀이 텔루륨화은(Ag₂Te) 양자점의 잉크화를 통해 확장된 단적외선(Short Wavelength Infrared, SWIR) 영역에서의 저독성 광검출기를 최초로 개발했다고 5일 밝혔다. 이번 연구는 토론토대 전기컴퓨터공학과 에드워드 사전트 교수 연구팀과 함께 진행했다.

이번 연구 결과는 저독성을 요구하는 군수·민간 시장에서의 적외선 센서 소재와 소자 수요를 채우는 데 도움이 될 것으로 예상된다. 파생 연구와 산업적 활용이 클 것으로 기대된다.

상용화된 단적외선 광검출기에 활성층으로써 활용되는 물질은 납, 비소, 수은 등으로 독성이 높다. 최근 다양한 분야에서 적외선 광검출기 수요가 증가함에 따라 유럽연합(EU)의 규제인 RoHS(유해물질 제한) 기준에 맞는 적외선 감응 물질의 필요성이 커지고 있다.

정 교수 연구팀은 지난 2020년 상온에서도 안정성이 높고 저독성이며 적외선 흡수 영역이 확장 가능한 텔루륨화은(Ag₂Te) 양자점(빛을 잘 흡수하는 나노미터 크기의 반도체 입자, QDs)을 제시했으며, 해당 물질은 eSWIR 센서 물질로 주목받고 있었다. 그러나 당시 양자점 표면에 결합력이 센 티올(Thiol) 리간드를 사용했는데, 이는 양자점의 표면 리간드 치환 과정을 다소 어렵게 해 적외선 센서 소자의 성능을 개선하기엔 한계가 있었다.

정 교수 연구팀과 토론토대 공동 연구팀은 Ag₂Te 양자점의 단점을 해결하기 위해 기존에 사용하던 표면 분자 대신 비교적 표면 원자와의 결합력이 작은 분자를 사용할 수 있게 해 소자 제작 때 높은 전하전달 성질을 보이는 적외선 감응 양자점 박막을 형성했다. 연구팀은 양자점 계면 연구를 통해 적외선 양자점 잉크화에 성공하며 eSWIR 영역에서 고감도의 상온 적외선 잉크기반 광검출기 중 최고의 성능을 보이는 적외선 양자점 센서를 개발했다.

정 교수는 "저독성 Ag₂Te 양자점의 합성법과 잉크화 기술 개발은 새로운 물질 기반의 적외선 광검출기 물질을 제시한 것"이라며 "앞으로 반도체 기반의 적외선 발광다이오드(LED)를 가능케 해 의료·보건, 군수 등 다양한 수요를 채울 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '미국화학회(ACS) 머티리얼즈 레터스'에 지난 10월 7일 온라인 게재됐다. 고려대 정 교수와 토론토대 사전트 교수가 교신저자, 고려대 김가현 박사와 토론토대 최동선 박사가 공동 제1저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구, 나노·소재기술개발, 미래소재디스커버리 및 해외우수과학자 사업의 지원을 받아 수행됐다.