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DGIST, 두께 1/6 줄인 고성능 광다이오드 개발

정대성 교수팀, 정방형 페로브스카이트 나노입자 활용
"자율주행 자동차 등 활용 기대"···'레이저&포토닉스 리뷰'에 게재
안정화 산-염기 반응의 개념도 및 정방형 페로브스카이트 나노입자의 전자현미경 사진. <자료=DGIST 제공>안정화 산-염기 반응의 개념도 및 정방형 페로브스카이트 나노입자의 전자현미경 사진. <자료=DGIST 제공>

기존 실리콘 광다이오드 보다 두께가 6분의 1로 준 고성능 광다이오드가 개발됐다. 

DGIST(총장 손상혁)는 정대성 에너지공학전공 교수 연구팀이 정방형 페로브스카이트 나노입자를 활용해 광다이오드의 안정성과 성능을 증가시킬 수 있는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 

현재 산업계에서 사용 중인 실리콘 광다이오드는 3마이크로미터(μm)가 넘는 두께로 인해 해상도 향상에 한계가 있었다. 이를 대체할 주요 소재 중 하나인 페로브스카이트는 빛을 잘 흡수하지만 안정성이 낮아 실용화가 어려운 단점을 지녔다.

연구팀은 페로브스카이트 중 세슘납아이오다이드(CsPbI3) 페로브스카이트가 정방형의 나노입자 상태에서 안정성을 유지하는 점에 주목했다. 

광다이오드의 양 전극 사이에 정방형 세슘납아이오다이드 페로브스카이트 나노입자와 황화합물을 활용한 새로운 형태의 박막형 광다이오드를 개발했다. 이 광다이오드는 납(Pb2+) 양이온과 황(S2-) 음이온 간 산-염기 반응을 통해 안정성이 향상됐다.

최적화된 0.5마이크로미터 두께의 박막형 광다이오드는 실리콘 광다이오드와 유사한 1.8×1012 존스(Jones)의 감광도를 보였다. 또 상대 습도 80% 이상의 열악한 조건에서도 10시간 이상 안정적으로 구동됐다.

연구팀은 이번 연구 결과를 통해 광다이오드 뿐만 아니라 페로브스카이트를 사용하는 발광다이오드, 태양전지 등 다양한 광학기기의 안정성을 향상시킬 수 있는 방법을 제시했다. 

정 교수는 "이번에 개발한 소형, 고성능의 광다이오드는 높은 집적도와 해상도가 요구되는 자율주행 자동차, 군사, 우주탐사 분야에 활용 가능할 것"이라며 "앞으로 페로브스카이트 광다이오드를 이용한 저가의 고효율, 고안정성 이미지센서를 개발할 것"이라고 말했다. 

이번 연구 성과는 광학 분야 국제 학술지 '레이저&포토닉스 리뷰(Laser & Photonics Reviews)' 지난 6일자 표지 논문으로 실렸다. 
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