100㎑ 고주파 대역 안정적 데이터 전송…'고성능 포토디텍터' 개발

에너지 방출률 계산 기반 신규 다층구조 구현 및 노이즈 억제·감도 향상 효과 결과. 왕동환 교수

의료모니터링, 보안센서, 정보통신 등 차세대 통신기술 발전을 이끌 유기반도체 기반 고성능 포토디텍터가 개발됐다.

한국연구재단은 왕동환 중앙대 교수와 응우옌 캘리포니아대 교수 공동연구팀이 기존 유기반도체 단점을 보완한 억셉터-이종접합 연속 구조를 개발하고, 이를 기반으로 고속·고감도·저잡음 무선통신시스템 구현에 성공했다고 11일 밝혔다.

포토디텍터는 이미지 센서, 광 센서 등에서 빛을 감지하는 소자 부분으로 다양한 광원의 미세한 빛도 감지할 수 있는 높은 민감도가 요구된다. 이를 효과적으로 탐지하기 위해 유기반도체 등 감광 반도체 소재 도입이 필수적이다.

유기반도체는 높은 흡수율과 제어 가능한 밴드갭 특성으로 주목받는 감광 소재이지만, 기존 이종접합 구조는 무작위적 전하 전달 경로로 인해 반응 속도가 저하되고, 노이즈 전류로 민감도가 낮아지는 한계가 있다.

연구팀은 단일 억셉터 층 상부에 이종접합을 결합한 새로운 접근을 시도했지만, 기존 용액 공정의 한계로 안정적인 결합이 어려웠다.

이에 따라 에너지 방출률 계산을 통해 설계된 전사 인쇄 공정기술을 도입해 안정적인 계면 특성을 구현했다.

새로운 억셉터-이종접합 연속 구조는 단일 억셉터 층으로 주입 장벽을 효과적으로 형성하도록 설계했으며, 포토디텍터 성능을 악화하는 주입 전류를 차단하자 암전류는 감소하고, 광전류는 향상됐다.

억셉터-이종접합 연속 구조는 고감도, 저잡음 장점을 살려 다양한 응용 분야에서 활용될 것으로 기대되고 있다.

특히 100㎑ 이상 고주파 대역에서도 신호 손실 없이 빠르고 안정적인 데이터 전송으로 무선 데이터 통신 등 차세대 정보통신기술 발전 가능성도 열었다.

왕동환 교수는 “포토디텍터를 통신 시스템으로 구현하기 위해 트랜지스터와 결합이 필수”라며 “이번 결과를 토대로 유기반도체 포토디텍터를 트랜지스터 기술과 융합할 수 있는 차세대 공정법을 발전시켜 상용화가 가능한 광 기반 무선 통신 원천기술을 확보하겠다”고 말했다.

이번 연구성과는 재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 9월 9일 온라인 게재됐으며, 내부 표지 논문으로도 선정됐다.

이인희 기자 leeih@etnews.com