광고 창닫기

디스플레이 소재 '반도체 양자 나노막대' 성장원리 밝혀

이도창 KAIST 교수 "양자막대 구조 특성강화 연구에 활력"
양 장축방향 성장 속도가 제어된 두 직경을 갖는 나노막대구조와 단일직경 코어·쉘 나노막대구조.<사진=한국연구재단 제공>양 장축방향 성장 속도가 제어된 두 직경을 갖는 나노막대구조와 단일직경 코어·쉘 나노막대구조.<사진=한국연구재단 제공>

국내 연구팀이 디스플레이 소재로 활용되는 '반도체 양자 나노막대' 성장원리를 규명했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 이도창 KAIST 교수와 배완기 KIST 박사 공동 연구팀이 디스플레이 편광소재로 주목받는 반도체 양자 나노막대(이하 양자막대) 성장 원리를 밝혀 성장 속도를 제어했다고 21일 밝혔다.

양자막대란 직경방향으로 수 나노, 장축방향으로 수십 나노크기를 갖는 반도체 나노막대 입자다.

양자막대가 발견된 이후 양자막대 성장 원리는 베일에 쌓여 있었다. 양자막대 구조나 모양은 광학적·전기적 특성으로 연결된다. 베일에 쌓인 성장원리는 그동안 막대형 나노소재의 발전을 막는 걸림돌이었다.

연구팀은 나노막대 표면에 형성된 '유기 리간드' 층에서의 '모노머' 투과도 차이가 각 면의 성장 속도에 직접적인 영향을 준다는 사실을 규명했다.

유기 리간드는 나노입자 표면을 안정화시키기 위해 투입되는 계면활성제 분자들이다. 계면활성제 머리가 입자의 표면과 결합함으로써 표면에 리간드막을 형성한다. 모노머는 결정성장을 위해 공급되는 기본단위 재료다.

또 연구팀은 이를 통해 '코어·쉘 양자막대'에서 양쪽 방향 성장 속도를 제어해 쉘 내부 코어의 위치가 양자막대의 대표적인 특성인 광학 편광의 편광도를 결정한다는 사실을 밝혔다.

코어·쉘 양자막대는 구형 입자를 코어로 사용해 그위에 막대형의 껍질을 둘러싸게 한 구조다. 편광도란 방출된 빛의 전자기 파동이 얼마나 편광되어있나 나타내는 정도를 뜻한다.

연구팀은 대표적인 반도체 물질인 황화카드뮴(CdS) 나노막대의 성장을 추적했다. 먼저 장축으로 두 개의 다른 직경을 갖는 나노막대 구조를 개발했다. 두파트의 구분으로 양 말단의 성장 속도를 수치화해 성장속도를 결정하는 요인을 연구했다.

관찰 결과 높은 리간드 밀도를 갖는 두꺼운 막대 끝 표면에는 모노머의 접근이 어려워 성장 속도가 감소한다는 것을 밝혀냈다. 반면 얇은 파트는 유기 리간드 밀도가 매우 낮아 모노머의 공급을 방해하지 못하므로 리간드 길이에 무관히 항상 빠르게 성장함을 알 수 있었다.

이도창 교수는 "편광소재로 주목받고 있는 양자막대를 응용하는데 중요한 역할을 수행할 것"이라며 "성장원리를 알 수 없어 어려웠던 양자막대 구조의 미세 설계와 특성강화 연구에 활력을 불러일으킬 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 나노소재·기술 분야 국제학술지 '에이씨에스 나노(ACS Nano)'에 지난달 13일자로 게재됐다.
박성민 기자의 다른 기사 더보기
독자의견
로그인 독자분들의 소중한 의견은 과학과 국민을 잇는 밑거름이 됩니다
0/ 300자