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차세대 원자층반도체 효율 낮춘 범인 밝혀졌다

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차세대 원자층반도체 효율 낮춘 범인 밝혀졌다

2016.03.08 18:00
연세대 제공
연세대 제공
국내 연구진이 태양전지 등에 사용되는 차세대 반도체 소재의 효율을 높일 수 있는 방법을 개발했다.

 

최현용 연세대 전기전자공학부 교수(사진) 팀은 원자 한 층 두께의 반도체가 빛을 흡수할 때 새로운 형태의 입자가 나타나며 광 변환 효율을 저하시킨다는 사실을 발견했다고 8일 밝혔다.

 

이황화몰리브덴(MoS2)으로 대표되는 원자층반도체는 반도체의 두께가 원자 수준으로 얇아도 충분히 작동할 수 있어 차세대 광전자 소자로 각광받고 있다. ‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀보다 광흡수율이 수십 배 높다. 하지만 광 변환 효율이 낮다는 문제가 있었다.

 

연구진은 이황화몰리브덴 박막에 펨토초(fs·1000조 분의 1초) 레이저를 쪼이는 초고속 분광법을 이용해 변환 효율을 낮게 만드는 원인이 새로운 형태의 반입자가 형성되기 때문이라는 사실을 찾아냈다.

 

반도체가 빛을 흡수하면 그 에너지로 전자와 정공을 만드는데, 원자층반도체의 경우 전자와 정공이 강력하게 묶인 상태의 ‘엑시톤 반입자’ 상태를 이뤘다. 이들 반입자가 전자를 자유롭게 움직이지 못하게 하기 때문에 광전류의 생성을 방해한다는 것이다.

 

또 연구팀은 이들 반입자의 결합을 깨뜨리는 데 0.3eV(전자볼트)의 에너지가 필요하다는 점도 확인했다.

 

최 교수는 “엑시톤 반입자의 구속 에너지를 정확히 측정해 향후 반도체 기기의 광변환 효율을 증가시킬 수 있는 해결책을 제시한 셈”이라며 “광센서, 광검출기, 태양전지 등 다양한 광전자 분야 발전에 기여할 것 보인다”고 말했다.

 

연구결과는 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2월 25일자에 실렸다.

 

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