감염병 확산 억제…초고효율 심자외선 LED 소재 개발 [지금은 과학] 작성일 03-20 58 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">살균 등 차세대 위생 기술로 활용 기대</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="HTMPUGB3Ma"> <p contents-hash="d91e3301f98e4341a594f767e776a6a10162fbe8be4d4dc6a3518ba2338eed48" dmcf-pid="XyRQuHb0ig" dmcf-ptype="general">[아이뉴스24 정종오 기자] 감염병 확산을 억제할 수 있는 초고효율 심자외선 LED 소재가 개발됐다. 차세대 위생 기술로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.</p> <p contents-hash="84ad113bc0edebc6e148ad2915f1fd724531d92d2f6b2955f3d16cb37d083b34" dmcf-pid="ZWex7XKpMo" dmcf-ptype="general">이번 연구는 기초연구 사업을 통해 지난 10년 동안 한 분야를 꾸준히 연구해 온 연구자의 결과물이라 더 눈길을 끈다.</p> <p contents-hash="09e80ba47a22b5614569ada8c9d37e29ece58b3e661ffc269652b74b8b939288" dmcf-pid="5YdMzZ9URL" dmcf-ptype="general">기존 반도체 기술로는 사실상 개발이 불가능하다고 여겨졌던 심자외선(가시광선보다 파장이 짧은 자외선 중에서도 파장이 200~280nm 범위) 영역에서 고효율 빛을 방출하는 신소재를 국내 연구팀이 개발됐다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="efd67686067d0105bbf8351acb2873bc026698db6f5ba78d227b49bf4caebe75" dmcf-pid="1GJRq52uJn" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="반데르발스 반도체 질화붕소(BN)를 비틀어 적층해 형성한 모아레 양자우물 모식도. [사진=과기정통부]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/20/inews24/20260320030204410gskv.jpg" data-org-width="580" dmcf-mid="Gj9BHItWeN" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/20/inews24/20260320030204410gskv.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 반데르발스 반도체 질화붕소(BN)를 비틀어 적층해 형성한 모아레 양자우물 모식도. [사진=과기정통부] </figcaption> </figure> <p contents-hash="d843a4f411998b5526e6208fb6cae42ae78f5eab71931dbeedf124a316ee77b3" dmcf-pid="tHieB1V7Ri" dmcf-ptype="general">과학기술정보통신부(부총리 겸 과기정통부 장관 배경훈)는 포항공대(POSTECH) 김종환 교수와 기초과학연구원(IBS) 조문호 단장 연구팀이 반데르발스 반도체 소재를 기반으로 새로운 형태의 양자우물 구조를 구현해 기존 소재 대비 심자외선 방출 효율을 20배 향상시키는 데 성공했다고 20일 발표했다.</p> <p contents-hash="d9308a8014fc3005239a75e7c3466e994af56a54eb5c0fdfb206b5442a0158cb" dmcf-pid="FyRQuHb0LJ" dmcf-ptype="general">사람이 눈으로 볼 수 있는 가시광 영역의 반도체 광원 개발은 백색 LED 조명, 디스플레이, 레이저 광원 등 다양한 산업 발전을 이끌어 왔다. 최근에는 가시광 영역보다 더 짧은 파장과 더 높은 에너지를 가진 자외선 LED로 개발이 확장되고 있다. 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 팬데믹 이후 세균과 바이러스를 효과적으로 제거할 수 있는 심자외선 광원에 대한 관심도 크게 늘었다.</p> <p contents-hash="f5cad636f85464e7dd13fb0a8cadb68208370a938707665538feb8a0ff599dd0" dmcf-pid="3Wex7XKpJd" dmcf-ptype="general">기존의 자외선 LED는 주로 질화갈륨(GaN) 기반 반도체를 사용했다. 갈륨(Ga)의 일부를 알루미늄(Al)으로 대체한 알루미늄질화갈륨(AlGaN) 반도체로 바꾸면 발광 파장을 심자외선 영역까지 조절할 수 있다.</p> <p contents-hash="b37d387ea8ff3ef8cec1939febe8d441e04e7c864f37fb197c9692da829a2165" dmcf-pid="0YdMzZ9Une" dmcf-ptype="general">200~240nm 파장에 도달하면 광원 효율이 1% 미만으로 급격히 떨어진다. 해당 영역은 여전히 기술적 난이도가 매우 높은 미개척 분야로 남아 있었다.</p> <p contents-hash="44d93aff6214963cb0542c8dcc351d84f5a6e35a3fa3fb5577dc9635421c68d1" dmcf-pid="pGJRq52udR" dmcf-ptype="general">연구팀은 이러한 한계를 극복하고자 반데르발스 층상 구조를 갖는 반도체를 활용했다. 새로운 LED 나노소재를 개발했다. 반데르발스 층상 구조는 원자층 내부에서는 원자들이 강하게 결합돼 있는데 층과 층 사이는 약한 인력(반데르발스 힘)을 가져 쉽게 떨어뜨릴 수 있는 특징을 가진다.</p> <p contents-hash="fb36fd7472bcc4734ad8133b8f7e773c83fa39480427dfa0a866f48b10135b14" dmcf-pid="UHieB1V7dM" dmcf-ptype="general">질화붕소(BN)는 원자층이 반데르발스 힘으로 적층된 반도체 소재이다. 연구팀은 이 질화붕소의 층을 비틀어 쌓을 때 전자를 강하게 가둘 수 있는 새로운 형태의 양자우물 구조가 생성된다는 사실을 발견했다.</p> <p contents-hash="783dfeeba578ad063a1bfdb9e30f12957937340452785ce06685a0bfbed6c35d" dmcf-pid="uXndbtfzex" dmcf-ptype="general">이를 ‘모아레 양자우물(moiré quantum well)’이라고 명명했다. 이 구조는 나노미터 크기의 공간에 전자를 가둬 심자외선 영역의 빛을 효율적으로 방출하는 데 유리하다. 기존 알루미늄질화갈륨 반도체 대비 20배 이상 향상된 발광 효율을 나타냈다.</p> <p contents-hash="24f318f4edace1037b83128051ebe266b1f65bf4f71f7087751ade2f5881bc46" dmcf-pid="7ZLJKF4qLQ" dmcf-ptype="general">그동안 반데르발스 물질의 양자현상 연구는 그래핀과 같은 원자층 두께의 박막 구조 중심으로 이뤄져 왔다. 이번 연구는 질화붕소 3차원 결정을 단순히 비틀어 적층하는 것만으로도 독특한 2차원 양자우물 구조를 구현할 수 있다는 점에서 새로운 가능성을 제시했다.</p> <p contents-hash="de40f53ff4bc9f81553ad519bc10a037a9e64c0b3e91db72938394c3169bfc34" dmcf-pid="z5oi938BLP" dmcf-ptype="general">이번 성과는 공중 보건과 환경 위생 분야에서도 중요한 활용 가능성을 지닌다. 강력한 소독 효과를 발휘하는 심자외선 중에서도 현재 상용화된 260nm 파장 대역은 인체의 피부나 눈에 노출될 경우 심각한 질환을 유발할 수 있어 활용이 제한적이었다.</p> <p contents-hash="6f1424c677980f678d111f8f27d4762393bfdfa93c7397c21b6dfff30facc4dd" dmcf-pid="q1gn206be6" dmcf-ptype="general">200~230nm 파장 대역의 심자외선은 피부 최외곽인 각질층을 통과하지 못해 인체에 상대적으로 안전한 것으로 알려져 있다.</p> <p contents-hash="41c03fef7a642921141697bc8591fe755aaa54bb32b95b79eb07685599b9505f" dmcf-pid="BtaLVpPKi8" dmcf-ptype="general">이번 연구를 통해 그동안 기술적 난제로 여겨졌던 해당 파장 대역의 ‘고효율’ 발광 한계를 극복함에 따라 앞으로 200~230nm 심자외선 LED 광원이 상용화되면 기존 자외선 방역의 잠재적 위험성을 최소화할 수 있다.</p> <p contents-hash="906c3690e31cbc6799dce6f2acd255f996041b413af8c4c8f8b24904c33bfd2f" dmcf-pid="bFNofUQ9i4" dmcf-ptype="general">병원, 학교, 대중교통 등 유동 인구가 많은 실내 공간에서 공기와 표면을 상시 지속적으로 살균하는 차세대 위생 기술로 널리 활용될 것으로 기대된다.</p> <p contents-hash="5fbb5c549fc70cb6861be93709f73c842da390c584d97561949c464bf2004079" dmcf-pid="K3jg4ux2Mf" dmcf-ptype="general">김종환 교수는 “반데르발스 물질에서 나타나는 고유한 모아레 양자물리 현상을 2차원에서 3차원 물질로 확장하는 개념적 전환”이라며 “이번 연구는 앞으로 새로운 양자물질 설계와 차세대 광소자 개발의 출발점이 될 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="242f65dd806d0cf7a0818463c7029b871c5dcf54e151a422320974e9e181c40f" dmcf-pid="90Aa87MVRV" dmcf-ptype="general">구혁채 과기정통부 제1차관은 “김종환 교수는 과기정통부 기초연구 사업을 통해 지난 10년 동안 한 분야를 꾸준하게 연구해 온 연구자”라며 “연구자들이 단기 성과에 연연하지 않고 장기간 연구에 몰입할 수 있는 환경을 조성할 수 있도록 지원을 아끼지 않을 것”이라고 전했다.</p> <p contents-hash="1078dfd014baeeb08804c5de81e859a43a0e43c6a3c29f91601dcdc7502bcda7" dmcf-pid="2J5HroCEJ2" dmcf-ptype="general">연구팀은 앞으로 이번 기술을 바탕으로 고효율 심자외선 광원 소자 개발과 다양한 차세대 양자 광소자 응용으로 연구를 확장할 계획이다.</p> <p contents-hash="05594bcdcdc1c4d4d4720841d4ae08c21616458305594af04b5560b4d6c18029" dmcf-pid="Vi1XmghDR9" dmcf-ptype="general">이번 연구 성과(논문명: 논문명 : Highly efficient, deep-ultraviolet luminescence in hBN moire quantum wells)는 국제학술지 ‘사이언스(Science)’에 20일 실렸다.</p> <address contents-hash="ef02d5d39ecb2b1c2e968a652a03f51d799d709c012cd296fbd8e784ff7312e2" dmcf-pid="fntZsalwnK" dmcf-ptype="general">/정종오 기자<a href="mailto:ikokid@inews24.com" target="_blank">(ikokid@inews24.com)</a> </address> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 아이뉴스24. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 "불가능한 거 아니었어?"…반도체 신기술, 한국이 개발 03-20 다음 자외선 LED 난제 풀 실마리… 국내 연구진, 초고효율 심자외선 소재 구현 03-20 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
