미개척 심자외선 영역 뚫었다…POSTECH·IBS, 발광 효율 20배 신소재 개발 작성일 03-20 56 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="uVQjPqe4Hy"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="6b2b215190378b0056110d117a5cc0e69216701169ca55099a718844ab9710c9" dmcf-pid="7gkTcdrNZT" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="반데르발스 반도체 질화붕소(BN)를 비틀어 적층해 형성한 '모아레 양자우물' 모식도. (김종환 교수)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/20/etimesi/20260320030256450ingf.png" data-org-width="621" dmcf-mid="U58g4ux2HW" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/20/etimesi/20260320030256450ingf.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 반데르발스 반도체 질화붕소(BN)를 비틀어 적층해 형성한 '모아레 양자우물' 모식도. (김종환 교수) </figcaption> </figure> <p contents-hash="336c50a7c0cc877f8f26f975bf3714aa5ddd7fc09706027811e90db2df14feed" dmcf-pid="zaEykJmj1v" dmcf-ptype="general">기존 반도체 기술로는 사실상 개발이 불가능하다고 여겨졌던 심자외선 영역에서 고효율 빛을 방출하는 신소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다.</p> <p contents-hash="e9b857cc59ea86e232a8514065dca1d7ed8dedec993d2cd4989bc79d1e6e9271" dmcf-pid="qNDWEisAGS" dmcf-ptype="general">과학기술정보통신부는 김종환 포스텍(POSTECH) 교수와 조문호 기초과학연구원(IBS) 단장 연구팀이 반데르발스 반도체 소재를 기반으로 새로운 형태 양자우물 구조를 구현, 기존 소재 대비 심자외선 방출 효율을 20배 향상시키는 데 성공했다고 밝혔다.</p> <p contents-hash="80c0d2ab8ecfaf619c78f44aa4f65ede7f064b347349a7d679ba8023db5649c4" dmcf-pid="BjwYDnOcHl" dmcf-ptype="general">심자외선은 가시광선보다 파장이 짧은 자외선 중에서도 파장이 200~280나노미터(㎚) 범위에 해당하는 자외선 영역이다. 코로나19 팬데믹 이후 병원균을 효과적으로 제거할 수 있는 고효율UV-C 광원에 관한 관심이 급격히 증가함에 따라 심자외선 광원도 주목받고 있다.</p> <p contents-hash="e6e7ce7f35e7bc1362de1ef49a05d7ebecc0852d980f432426b86872a1a13279" dmcf-pid="bArGwLIkXh" dmcf-ptype="general">기존 자외선 LED는 주로 질화갈륨(GaN) 기반 반도체를 사용하며, 갈륨(Ga) 일부를 알루미늄(Al)으로 대체한 알루미늄질화갈륨(AlGaN) 반도체로 바꾸면, 발광 파장을 심자외선 영역까지 조절할 수 있다.</p> <p contents-hash="344b1276b2c6ac22eff8eb976e104ddc6d269f3c1049413c627dacc3cfe4b27d" dmcf-pid="KcmHroCEGC" dmcf-ptype="general">다만 200~240㎚ 파장에 도달하면 광원 효율이 1% 미만으로 급격히 떨어져 해당 영역은 여전히 기술적 난이도가 매우 높은 미개척 분야로 남아 있었다.</p> <p contents-hash="1c517e14108b100673056a6150d6c86ea9635f3733a66a8655b64cb23ba9e788" dmcf-pid="9ksXmghDYI" dmcf-ptype="general">연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 반데르발스 층상 구조를 갖는 반도체를 활용해 새로운 LED 나노소재를 개발했다. 반데르발스 층상 구조는 원자층 내부에서는 원자들이 강하게 결합해 있지만, 층과 층 사이는 약한 인력(반데르발스 힘)을 가져 쉽게 떨어뜨릴 수 있는 특징을 가진다.</p> <p contents-hash="de86fc2faecd89aade03ba851509251dd0ef4ffb71bfc1c6787cbc1f322e1e3e" dmcf-pid="2EOZsalwYO" dmcf-ptype="general">질화붕소(BN)는 원자층이 반데르발스 힘으로 적층된 반도체 소재로, 연구팀은 이 질화붕소의 층을 비틀어 쌓을 때 전자를 강하게 가둘 수 있는 새로운 형태의 양자우물 구조가 생성된다는 사실을 발견해 이를 '모아레 양자우물(moire quantum well)'이라고 명명했다.</p> <p contents-hash="ce6dfabcaf81c80f31d9fc02ae2c812c770b6281a93922e19e423be6ddf9ae65" dmcf-pid="VDI5ONSrHs" dmcf-ptype="general">이 구조는 ㎚ 크기 공간에 전자를 가둬 심자외선 영역의 빛을 효율적으로 방출하는 데 유리하며, 기존 알루미늄질화갈륨 반도체 대비 20배 이상 향상된 발광 효율을 나타냈다.</p> <p contents-hash="a43d8156590eb37b4a0466825f8daeaff60205536e3d9526e3892e231aa37c84" dmcf-pid="fQJwdVoMXm" dmcf-ptype="general">이번 연구는 질화붕소 3차원 결정을 단순히 비틀어 적층하는 것만으로도 독특한 2차원 양자우물 구조를 구현할 수 있다는 점에서 새로운 가능성을 제시했다.</p> <p contents-hash="250b35fdd4b5d84de764be6b176c5d8b7824da517371286cbf85353ecaf22653" dmcf-pid="4xirJfgRtr" dmcf-ptype="general">공중 보건 및 환경 위생 분야에서도 중요한 활용 가능성을 내포한다. 강력한 소독 효과를 발휘하는 심자외선 중에서도 현재 상용화된 260㎚ 파장 대역은 피부나 눈에 노출되면 심각한 질환을 유발할 수 있어 활용이 제한적이었다.</p> <p contents-hash="741f0a2c981c03269980d0d87723e6e8315a1538b70d59325c9d7e7e9e9710fb" dmcf-pid="8Mnmi4aeYw" dmcf-ptype="general">반면 200~230㎚ 파장 대역의 심자외선은 피부 최외곽인 각질층을 통과하지 못해 인체에 상대적으로 안전한 것으로 알려져 있다.</p> <p contents-hash="ade1cbd3bbfbdd0742a9f2edc69e7bbac0203f446cee7ed0caeec456e99a3747" dmcf-pid="6RLsn8NdGD" dmcf-ptype="general">연구팀은 기술적 난제로 여겨졌던 해당 파장 대역의 고효율 발광 한계를 극복함에 따라 향후 200~230㎚ 심자외선 LED 광원이 상용화되면 기존 자외선 방역의 잠재적 위험성을 최소화하면서도 차세대 위생 기술로써 널리 활용될 것이라고 전망했다.</p> <p contents-hash="9ce8257d94d3035981ad35f14ea908bb96f28106eff3eceaf29817dcb17108f0" dmcf-pid="PeoOL6jJZE" dmcf-ptype="general">이에 따라 이 기술을 바탕으로 고효율 심자외선 광원 소자 개발과 다양한 차세대 양자 광소자 응용으로 연구를 확장할 계획이다.</p> <p contents-hash="677ddd4d0b549de567e1a2414738ae59ccae0507666fd5cf0577f46eed739698" dmcf-pid="QdgIoPAiGk" dmcf-ptype="general">김종환 교수는 “반데르발스 물질에서 나타나는 고유한 모아레 양자물리 현상을 2차원에서 3차원 물질로 확장하는 개념적 전환”이라며 “이번 연구는 향후 새로운 양자물질 설계와 차세대 광소자 개발의 출발점이 될 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="ae3b4ba3f89fbe46f1eb6ed0dfacfa95287146f7a772d39eebb18964f3bd9592" dmcf-pid="xJaCgQcnZc" dmcf-ptype="general">한편 이번 연구 성과는 세계 최고 권위 학술지 '사이언스(Science)'에 20일 게재됐다.</p> <p contents-hash="fbc9349807743dfb8e4e7f66db8609fb935729cc1d190ef3798ffc5dacfd5786" dmcf-pid="yX3fFTu5ZA" dmcf-ptype="general">이인희 기자 leeih@etnews.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 전자신문. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 바이러스 죽이는 안전한 '심자외선' 효율 20배 높였다 03-20 다음 문홍범 서수혁 일본 종합격투기 프로대회 ACF 출전 03-20 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
