[경기/CTN]김지우 기자 = 성균관대 지역협력연구센터(GRRC)는 화합물을 활용한 하이브리드 구조를 개발하여 향상된 광전기적 특성을 가진 고성능 포토트랜지스터를 개발에 성공했다.

이번에 개발된 포토트랜지스터는 차세대 반도체 소자로 주목받고 있는 2차원 물질의 광 반응성 향상을 목표로 연구를 진행했다.

2차원 물질은 시트로 층층이 쌓여 있는 구조적 특징을 가져 높은 유연성과 투명성을 보인다.

또한, 레이어 수에 따른 에너지 밴드 구조가 변화하게 되는데 단층의 경우 직접밴드갭을 갖지만 2층 이상의 경우 간접밴드갭을 갖는다.

따라서 2차원 물질은 다층일 경우 다소 광반응성이 제한되는 특징이 있어 이를 해결하기 위해 다층 2차원 물질의 광반응성을 향상하기 위해 이종의 물질과의 접합을 유발하는 연구가 진행 중이다.

기존의 연구들은 이종 물질을 접합하기 위해 고온열처리를 포함하는 복잡한 공정과 유독성을 갖는 물질의 사용이 필수적으로 수반한다.

본 연구는 상온에서 유기물과 2차원 물질의 이종접합을 성공적으로 구조하였으며 광 반응성 역시 효과적으로 향상시켰다.

이때 광 반응성은 가시광선에서 근적외선까지 효과적으로 반응하였다.

다층의 텅스텐 디셀레나이드(WSe2)는 단층의 텅스텐 디셀레나이드(WSe2)에 비해 넓은 영역대의 빛에 반응하지만 상대적으로 낮은 광학적 민감도를 보이는 경향이 있었다.

하지만 p형 유기 물질인 펜타센(Pentacene)을 다층의 텅스텐 디셀레나이드(WSe2)에 섬같이 형성시킴으로써 가시광선부터 근적외선까지 넓은 영역대의 빛에 반응하며 상대적으로 낮았던 광반응성을 향상시키는데 성공했다.

특히 연구팀은 텅스텐 디셀레나이드(WSe2)-펜타센(Pentacene) 광트랜지스터 광반응성 향상 기술을 통해 대면적 합성된 2차원 물질에 적용하여 초고감도 대면적 2차원 광센서 어레이를 후속적으로 개발할 예정이다.

성균관대학교 융·복합 센서 소재 공정 플랫폼(GRRC) 김선국 교수팀은 "광반응성이 떨어지는 기존의 다층 텅스텐 디셀레나이드(WSe2) 채널의 단점을 보완하는 방법 개발로 펜타센(Pentacene)을 이용해 민감하고 광대역의 포토트랜지스터이기에 이미지 센서부터 바이오 시그널 리징까지 넓은 영역에서 활용할 수 있을 것"이라며 "다양한 기기에 적용 가능성이 크며 광범위한 포토디텍터로서 산업에 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

연구팀은 유효성 증대, 안정성 개선 등 추가적인 최적화 과정을 통해 도내 반도체·소자 분야 업체와의 기술이전과 산업화를 위해 연구 범위를 확대해 갈 계획이다.

이번 연구는 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 일렉트로닉 머티어리얼스(Advanced Electronic materials)’에 실렸다.

한편 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업은 연구개발 인프라가 부족한 중소기업을 지원하기 위해 경기도가 도내 대학, 연구소와 중소기업을 연결, 기술개발 활동을 지원하는 산·학 협력모델로 관련 산업의 기술 경쟁력 향상을 통한 지역경제 활성화를 목표로 하고 있다.

2021년 지원되는 경기도비는 52억7천만 원으로 센터 당 5억 1천만 원씩 지원하고 있으며, 성균관대를 비롯한 10개의 센터가 활발히 연구개발을 수행 중이다.