전자회로와 포토닉스 결합한 새로운 방식의 소자 개발
역방향 전압 증가에 따른 급격한 광전류 변화 측정

물리학과 권영균 교수 연구팀이 전자회로와 포토닉스(광자를 이용한 기술)를 결합한 새로운 방식의 소자 개발로 <네이처(Nature)>의 자매지이자 광학분야 최고 학술지인 <네이처 포토닉스((Nature Photonics)> 3월호에 논문을 게재했다. 논문 제목은 ‘Voltage-switchable photocurrents in single-walled carbon nanotube-silicon junctions for analog and digital optoelectronics’다. 한국연구재단 중견연구자지원사업(핵심공동연구)으로 총 3억 원을 지원받아 진행된 이번 연구에는 권영균 교수를 비롯, 미국 노스이스턴대학교의 기계산업공학과 정영준 교수(지난해 경희대 인터내셔널 스칼라(IS))와 물리학과 스와스틱 카(Swastik Kar) 교수, 지난 2월 경희대 물리학과 박사학위를 받은 박소라 학생 등이 공동으로 참여했다.

다양한 광전자 응용기술 활용 기대
권영균 교수 연구팀은 탄소 나노튜브와 실리콘으로 이뤄진 접합 소자에서 독특한 비선형 광전류 특성을 발견하고, 매커니즘을 규명했다. 기존 광전자소자의 광전류는 역방향 전압에 대한 의존성이 거의 없는 것으로 알려져 있다. 이와 달리 탄소 나노튜브-실리콘 접합 소자에서는 역방향 전압을 증가시킬수록 광전류가 비선형적으로 매우 빠르게 증가하는 것이 측정됐다. 권영균 교수는 “전압을 조금만 변화시켜도 전기 신호가 급격하게 변화해 장치가 신호 전달 여부를 결정하는 온/오프(on/off) 구별을 확실히 할 수 있다는 장점이 있다”면서 “이를 이용해 광전자 트랜지스터와 논리회로, 디지털-아날로그 컨버터, 디지털카메라의 이미지센서 등 다양한 광전자 응용 기술의 효율성을 높이는 데 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

연구팀이 탄소 나노튜브-실리콘 접합부의 전자구조를 분석한 결과, 비선형 광전류 특성은 빛에 의해 들뜬 전자들이 들어가는 전도띠의 상태 수 변화에 따른 것으로 밝혀졌다.

물질 특성·현상 연구로 새로운 개발 제안
응집물리이론과 전산나노소재물리를 전문으로 연구하는 권영균 교수는 나노물질의 여러 특성을 연구해 새로운 물질 개발을 제안하거나 어떤 물질에서 일어나는 현상의 원인을 물리적 계산법을 통해 밝혀내는 연구를 진행해왔다. 앞으로 리튬전지의 용량과 수명을 늘리는 연구와 물질의 격자 구조와 비정질 구조 간 상변화 특성을 이용한 새로운 응용 연구를 이어갈 계획이다. 권영균 교수는 “학생들도 해외 연구진과의 공동연구와 국가 연구사업 등 다양한 연구에 참여하고 물질 개발 관련 사고를 넓힐 수 있도록 이끌 것”이라고 전했다.