이지훈 교수(전자공학과) 연구팀, 0D/2D ZnO 양자점(QD)/MXene 

나노시트 (NS) 복합 박막 기반 광통신 시스템 구현 성공

- JCR 카테고리 ENERGY & FUELS 분야 상위 9.1 %, Q1, IF: 10.7 과학전문지 게재 -
- 인공 공명 나노공동과 관련된 UV 광검출을 위한 광자 활용 및 캐리어 전달의 시너지 강화 기술 개발 -

본교 전자공학과 이지훈 교수 연구팀은 인공 공명 (artificial resonance) 나노공동(nano-cavities)과 관련된 UV 광검출을 위한 빛 활용 및 캐리어 전달의 시너지 강화 기술을 개발하여, 0D/2D ZnO 양자점(QD)/MXene 나노시트(nanosheet, NS) 복합박막 기반의 광통신 시스템 구현하는데 성공했다.

 
사진 설명 : a) 0D/2D ZnO 양자점(QD)/MXene 나노시트(NS) 복합박막 기반 광통신 시스템 개략도. (b) 광변조 수신 신호. (c) 광통신 시스템 구현

저차원 와이드 밴드갭 반도체는 높은 통합 수준과 쉽게 조정 가능한 응답 스펙트럼의 탁월한 조합을 통해 차세대 자외선(UV) 광검출기(PD)의 대규모 제조에서 큰 잠재력을 보여주고 있다. 그러나 결함 밀도 및 광 흡수에 대한 두께 의존성은 캐리어 광생성 및 광활성층의 수송에 부정적인 영향을 미쳐, 높은 감도와 낮은 노이즈의 동시 실현에 애로점이 있다. 이 연구에서는, 고성능 UV 광검출을 위해 분산 브래그 반사경(DBR) 위에 0D/2D ZnO 양자점(QD) / MXene 나노시트(nanosheet, NS) 복합박막의 인공 공명 나노공동을 구현하였다. 균일하게 분포된 MXene NS는 강화된 표면 근처 전자기장을 통해 복합 박막 내에 입사 광자를 집중시킬 수 있으며, 광유도 캐리어의 추출 및 전달 프로세스는 실험/이론적으로 입증된 것처럼 가속화됩니다. 두 유전체층의 균형 잡힌 주기를 갖는 MXene NS와 DBR 사이의 공간적 광결합은 우수한 광투과로 인해 유발된 0D/2D 복합 박막 내에서 광물질 상호 작용을 보완하고, 포괄적인 성능 향상을 제공하였다. D/2D ZnO 양자점(QD)/MXene 나노시트(NS) 복합박막 시스템은 탁월한 광전자 반응과 장기적인 안정성을 갖춘 UV 광검출기 제작을 위한 실용적인 경로를 열어주었다.

이번 연구는 광운대(Kwangwoon University)와 우한공과대학교 (Wuhan University of Technology), 하얼빈공업대학 (Harbin Institute of Technology), 중국전자과학기술대학교 (University of Electronic Science and Technology of China)의 공동연구로 진행되었고, 한국연구재단과 교육부가 추진하는 BK-21, 중점연구소와 광운대학교의 지원으로 수행되었다. 연구결과는 과학전문지 Journal of Materials Chemistry A (JCR Q1 IF: 10.7, JCR 카테고리 ENERGY & FUELS 분야 상위 9.1 %) 12권 3호에 “A synergetic enhancement strategy of light utilization and carrier transfer for UV photodetection associated with artificial resonance nano-cavities”의 제목으로 게재되었다.

* Web link: https://doi.org/10.1039/d3ta06308a

한편, 이지훈 교수 연구팀은 효율성이 높으며 성능이 우수한 나노소재 및 메타표면 기반의 다양한 광전자 디바이스, 에너지 디바이스 및 시스템 기술 연구 등을 진행 중에 있으며, 현재까지 170여 편의 JCR 상위 SCI 논문을 출판하고 있다. 이지훈 교수는 세계 저명 출판사의 SCI 저널지 Assistant Editor 및 Editorial Board 직을 비롯해 다양한 SCI급 국제저널의 Guest Editor직도 수행 중에 있으며, 국제 컨퍼런스의 다양한 커미티 및 오거나이즈 직도 동시에 수행하고 있다. Advanced Materials (IF 27.4), Nano Energy (IF 16.8), Advanced Functional Materials (IF 18.5) 지외 30여 SCI 저널지의 리뷰어로도 활동 중이다.