성균관대 김태성 교수팀, 자가조립단분자막 도핑을 통한 부저항 특성의 고성능 광 센서 개발

▲ 성균관대 기계공학부 김태성 교수(왼쪽), 제1저자 우건후 연구원 (사진=성균관대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 성균관대학교(총장 신동렬) 기계공학부 김태성 교수 연구팀(제1저자 우건후 연구원)이 가천대학교 유호천 교수 연구팀과 자가조립단분자막을 활용한 원거리 도핑과정을 통해 고성능·다기능성의 광센서 소자를 개발했다.

최근 AI를 활용한 자율주행 시스템 및 사물인터넷 기술의 발달에 따라 보다 명확한 데이터 처리를 위해 고성능의 광센서에 대한 수요가 급증하고 있다. 특히 도핑은 반도체 특성을 조정할 수 있는 대표적인 방법으로 광특성을 향상시키기 위해 많이 활용되고 있다. 하지만 일반적인 도핑은 물질 내부에 불순물 형태의 도펀트를 삽입하여 반도체 특정 변화를 유도하기 때문에 전자 충동에 의해 전자이동도의 손실을 야기할 수 있다.

이에 연구팀은 실리콘 기판 위에 수 나노미터 두께의 비정질 산화물 반도체를 증착하여 이중접합구조를 제작하였고, 표면에 자가조립단분자막을 코팅 및 가열의 원거리 도핑과정을 통해 고성능의 광센서를 구현했다. 제작된 소자는 원거리 도핑 처리 전에 비하여 100배의 성능이 향상되었고, 높은 소자 안정성 및 성능 균일성을 나타냈다.

또한 원거리 도핑처리 후에 광 조사를 통해 실리콘 기판과 비정질 산화물 반도체의 접합면에서의 반도체 특성을 조정함으로써 부저항 특성을 가진 소자를 구현하여 향후 다진법 소자 및 신호 증폭기과 같은 다양한 어플리케이션에 대한 적용 가능성을 제시했다.

김태성 교수는 "자가조립단분자막 코팅을 통한 도핑과정은 간단한 처리 방법과 효과적인 성능 개선을 바탕으로 산업에서 다양한 분야에 응용할 수 있을 것으로 예상되며, 본 성과를 바탕으로 향후 광센서 및 이미지 센서의 성능개선에 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구 지원으로 수행되었으며, 국제학술지 Advanced materials(Impact Factor=30.849)에 2021년 11월 3일(수) 출판되었다. (논문명 : Energy-Band Engineering by Remote Doping of Self-Assembled Monolayers Leads to High-Performance IGZO/p-Si Heterostructure Photodetectors)

▲ 도핑 처리 과정에 따른 IGZOSi 이종접합 다이오드의 광특성 향상

▲ 코팅 및 어닐링 과정에 따른 반도체 밴드 특성 변화 (자료=성균관대)