신소재공학과 공의현 박사팀, 국제 권위지 표지논문 장식

디스플레이, 초미세반도체, 의료기기 등 다양한 제품에 사용되는 양자점*1의 가장 큰 걸림돌로 지적되었던 밴드갭을 제어할 수 있는 새로운 기술이 국내 연구팀을 통해 발표됐다. 이 기술은 국제적인 권위지 표지논문으로 장식되어 학계의 관심을 모으고 있다.

POSTECH 신소재공학과 공의현 박사(32, 지도교수 장현명) 팀은 양자점의 상전이*2를 이용, 하나의 양자점에 2가지 상태를 공존시켜 양자점의 밴드갭을 조절할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다.

이 기술을 적용하면 전극의 광학적 특성이 수배 이상 증가해 양자점 감응형 태양전지의 효율이 50% 이상 향상될 수 있다.

밴드갭(band gap)은 에너지 갭으로도 불리는 것으로 전자가 존재하는 에너지 레벨과 전자가 존재하지 않는 에너지 레벨의 사이의 차이를 의미하는데, 이 차이에 따라 물질의 전기 전도성 정도가 결정되는 중요한 특성이다. 따라서, 전도성을 이용해 디스플레이나 반도체, 의료기기에 활용되는 양자점의 특성상 이 밴드갭을 조절하는 것은 광학적, 전기적 특성을 크게 개선시킬 수 있는 중요한 연구다.

물론 이 밴드갭을 조절하는 방법은 양자점의 크기를 제어하는 등 이미 다양하게 발표되어 왔지만, 이들 방법은 복잡하고 그 비용이 복잡하다는 단점이 지적되어 왔다.

연구팀은 진공장비 등 고가의 장비 없이 공기 중에서 짧은 시간 열처리를 통해 양자점 속 격자를 뒤틀리게 함으로써 밴드갭을 조절하는 기술을 제안했다. 따라서 공정시간이 짧을 뿐 아니라 제조비용도 큰 폭으로 낮아진다.

무엇보다 이 기술은 다양한 종류의 반도체 양자점에 적용될 수 있어 양자점을 이용하는 여러 기기에 활용할 수 있는 장점을 가지고 있다.

한편, 이 연구는 재료과학분야의 권위지인 ‘스몰(Small)’의 4월호 표지논문으로 9일(현지시간) 발표됐다.

1. 양자점

화학적 합성 공정을 통해 만드는 나노미터(nm) 크기의 반도체 결정체를 말한다.

2. 상전이(相轉移)

물질이 다른 상(相)으로 상태를 옮기는 현상, 전도체가 정상에서 초전도상태로 바뀌거나, 합금의 성분원자가 저온에서는 규칙적으로 배열되어 있지만, 온도가 상승하면 일정 온도에서 불규칙한 배열로 바뀌는 등의 현상을 상전이라고 한다.