인체는 보호하고, 병원균만 잡는 초고효율 심자외선 LED 원천기술 개발 작성일 03-20 44 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">POSTECH-IBS 연구성과 '사이언스' 게재…새로운 양자우물 구도 발견</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="2FG1DDGhWt"> <p contents-hash="c02eb563e13a7ef883e2692e9282cb3f272e0edf07bd1415247d74653cf01ba5" dmcf-pid="V3HtwwHlh1" dmcf-ptype="general">(지디넷코리아=박희범 기자)<span>병원균에는 치명적이면서도 인체는 보호할 수 있는 초고효율 심자외선 LED 소재 원천기술이 개발됐다. 이를 활용하면 혁신적인 방역 시스템 구축이 가능해질 전망이다.</span></p> <p contents-hash="1459d60bbf4922d08ae044b8a7f43d952a1ea7bbc5bb8369bccc7d190656b94f" dmcf-pid="f0XFrrXSS5" dmcf-ptype="general">과학기술정보통신부는 김종환 포항공과대학교(POSTECH) 신소재공학과 교수와 조문호 기초과학연구원(IBS) 반데르발스양자물질연구단장 연구팀이 반데르발스 반도체 소재를 기반으로 새로운 형태의 양자우물 구조를 구현하고, 기존 소재 대비 심자외선 방출 효율을 20배 향상시키는 데 성공했다고 20일 밝혔다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="eb972a7b96a709e8cb183e805cdffe46bb9ca6336691d8cd25416975ada17f06" dmcf-pid="4pZ3mmZvvZ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="질화붕소(BN) 모아레 양자우물을 이용한 심자외선 LED 소자와 발광 특성. 왼쪽 상단은 심자외선 LED 소자 광학현미경 이미지, 왼쪽 하단은 심자외선 방출 모습, 오른쪽은 심자외선 스텍트럼이다. 220~240nm 파장대에서 강한 심자외선 발광 특성이 확인된다.(그림=POSTECH)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/20/ZDNetKorea/20260320072526133zgma.jpg" data-org-width="603" dmcf-mid="bGwpOO1yl0" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/20/ZDNetKorea/20260320072526133zgma.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 질화붕소(BN) 모아레 양자우물을 이용한 심자외선 LED 소자와 발광 특성. 왼쪽 상단은 심자외선 LED 소자 광학현미경 이미지, 왼쪽 하단은 심자외선 방출 모습, 오른쪽은 심자외선 스텍트럼이다. 220~240nm 파장대에서 강한 심자외선 발광 특성이 확인된다.(그림=POSTECH) </figcaption> </figure> <p contents-hash="fb0354053e19701fff42d5b9beaa368b80ed556b770a2a5bb9796682d6ec8be1" dmcf-pid="8U50ss5TWX" dmcf-ptype="general">연구결과는 국제 학술지 사이언스(현지시간 19일)에 게재됐다.</p> <p contents-hash="af274f58727898970f1d4642d1c45a349b8691d65e243e0bd96e73b5e9c6b85e" dmcf-pid="6u1pOO1ySH" dmcf-ptype="general">김종환 교수는 "차세대 심자외선 광원에 필요한 핵심 소재 원천 기술을 확보했다는 데 의의가 있다"며 "심자외선은 미생물 DNA와 RNA 구조 자체를 파괴, 강력한 살균 및 소독 효과를 발휘하기 때문에 화학물질 기반 방식과 달리 소독 후 유해한 부산물을 남기지 않는다"고 설명했다.</p> <p contents-hash="a3fdcafc8357bae44827af453b08ac6b2a6e2497d4324df24cb4f8dbaf266185" dmcf-pid="P7tUIItWhG" dmcf-ptype="general">김 교수는 "그러나 현재 상용화된 260nm 파장 대 심자외선 LED는 인체 피부나 눈에 노출될 경우 심각한 질환을 유발할 수 있어, 사람이 없는 빈 공간이나 야간에만 제한적으로 사용해야 하는 한계가 있었다"며 "이번에 개발한 240nm 이하 파장 대 심자외선은 피부 최외곽인 각질층을 투과하지 못해 인체에 상대적으로 안전하다"고 부연 설명했다.</p> <p contents-hash="435e6fc81d7bfe1b06690caeccc89a7b24b3f78e508848b8a63c3b5ebafb5322" dmcf-pid="QOkmxxkLlY" dmcf-ptype="general">그러나 기존 반도체 소재인 알루미늄 질화갈륨(AlGaN)이 해당 파장 대역에서 발광 효율이 극히 낮아 실제 살균 기술로 상용화하기에 어려움이 컸다. 그런데 이 한계를 이 연구팀이 돌파한 것.</p> <p contents-hash="aeda2fcf9216dcb6d6cc877cad06818d2db1aa038ba55357ae8374d887e48d2e" dmcf-pid="xIEsMMEoWW" dmcf-ptype="general">김 교수는 "이번에 개발한 질화붕소(hBN) 양자우물은 240nm 이하 대역에서 기존 소재 대비 20배 이상 뛰어난 효율을 증명했다"며 "이를 적용하면 병원, 학교, 대중교통 등 유동 인구가 많은 실내 공간에서도 공기와 표면을 상시 지속적으로 살균하는 혁신적인 방역 시스템으로 이어질 수 있다"고 말했다.</p> <p contents-hash="8db262a97f1bee0a89042d148ceba33e1fd47ff40f0805f556c4624a4bfbabf4" dmcf-pid="yVz9WWztSy" dmcf-ptype="general">연구팀은 기존 반도체와 결합 방식이 다른 물질에 주목했다. 반데르발스 물질은 원자층 내부에서는 원자들이 강하게 공유결합으로 결합돼 있지만, 층과 층 사이가 약한 반데르발스 힘으로 적층된 구조를 갖는다. 대표적인 예가 흑연으로, 이를 한 층씩 분리하면 그래핀(Graphene)이 된다. 또 이러한 층상 구조는 원자층을 자유롭게 적층하거나 상대적으로 비틀 수 있다는 점에서 기존 반도체와는 다른 설계 자유도를 제공한다.</p> <p contents-hash="849d595b8b85272e0a9b0ed120928a012df9fa5c1a6db0bc7113531baa268735" dmcf-pid="Wfq2YYqFTT" dmcf-ptype="general">연구팀은 질화붕소를 선택했다. 이는 그래핀과 유사한 벌집 구조를 가지면서도 매우 넓은 밴드갭을 지닌 와이드 밴드갭 반도체다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="34fab5e757b06014af22fbfdd39ad47f0e3bf89337b9ca849e2c5dada66d2bfc" dmcf-pid="Y4BVGGB3vv" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="왼쪽부터 POSTECH 김종환 교수, IBS 반데르발스 양자 물질 연구단 조문호 단장과 홍성윤 박사후연구원.(사진=POSTECH)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/20/ZDNetKorea/20260320072527410rzco.jpg" data-org-width="600" dmcf-mid="KzZ3mmZvv3" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/20/ZDNetKorea/20260320072527410rzco.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 왼쪽부터 POSTECH 김종환 교수, IBS 반데르발스 양자 물질 연구단 조문호 단장과 홍성윤 박사후연구원.(사진=POSTECH) </figcaption> </figure> <p contents-hash="08ff7035b15555edf48b232175d29123684418d2816708c0f6c640486a92e080" dmcf-pid="G8bfHHb0TS" dmcf-ptype="general">연구팀은 두 개의 질화붕소 3차원 결정을 서로 비틀어 적층하는 경우 형성되는 계면에서 전자를 강하게 속박하는 새로운 형태의 양자우물이 생성됨을 발견했다. 이에 연구팀은 이 구조를 ‘모아레 양자우물’이라 명명했다.</p> <p contents-hash="9e4c6c3c18d9493efd893d8dbd32489e13185803211bc301b81afcf66fb01904" dmcf-pid="H6K4XXKpll" dmcf-ptype="general">레이저 분광법을 통해 모아레 양자우물이 나노미터 규모의 공간에서 전자를 효과적으로 가두어 자외선 빛을 효율적으로 방출한다는 것을 확인했다. 그 결과 동일한 조건에서 측정한 기존 AlGaN 반도체 양자우물 구조와 비교해 20배 이상 우수한 형광 특성이 나타났다.</p> <p contents-hash="f2f2f2ed7a5720846b4e622a6120e9a64922b1ac6fa0a1453e93d0116259a4b6" dmcf-pid="XP98ZZ9Uyh" dmcf-ptype="general">더 나아가 연구팀은 두 질화붕소 결정 사이의 비틀림 각도만을 조절함으로써 발광 파장을 제어할 수 있음도 입증했다. 이는 반도체 소재에서 화학적 조성 변화 없이 비틀림 각도를 조절한 적층 구조만으로 원하는 파장의 자외선을 선택적으로 구현할 수 있음을 의미한다.</p> <p contents-hash="6731f94a5f38a32bd257804e2135581170977c0e344a6dbc052b540a45d9374a" dmcf-pid="ZQ26552uSC" dmcf-ptype="general">연구팀은 단순한 광학적 관측에 그치지 않고, 실제로 전기를 흘려 빛을 내는 LED 소자를 제작했다. 그래핀을 전극으로 사용하여 터널링 방식으로 전하를 주입한 결과, 10μA 정도의 전류에서 선명한 심자외선 발광이 관측됐다.</p> <p contents-hash="18a1b3bb325fb79a028d4ae16ac6f5b9a0d5d9eb17942b6a277fc10cf5b9bc8c" dmcf-pid="5xVP11V7yI" dmcf-ptype="general">제1저자인 홍성윤 IBS 반데르발스양자물질연구단 박사후연구원은 "이는 BN 모아레 기술이 실질적인 전기 구동 소자로 발전할 수 있음을 보여주는 개념 증명(PoC)"이라고 말했다.</p> <p contents-hash="1b79fe2e4f8ea38388e8dad1640e2b8c4d312771a3f0b14bf84d1244bd9b34e7" dmcf-pid="1fq2YYqFCO" dmcf-ptype="general">연구팀은 향후 실용화를 위해 질화붕소의 우수한 심자외선 발광 특성을 실제 산업용 소자에 온전히 구현하는 기술을 확보할 계획이다. 특히 전기적으로 효율이 높은 LED 구동을 위해서는 '반도체-금속 전극 접합 기술'과 같은 고도화된 소자 공정 기술이 필수적이라는 판단에 따라 이를 위한 후속 연구를 활발히 진행 중이다.</p> <p contents-hash="ea2cd5b920b0816cb3d19c8d49dc33b0bc50f40d422aecbd70bd646db23d03e5" dmcf-pid="t4BVGGB3vs" dmcf-ptype="general">구혁채 과기정통부 제1차관은 “김종환 교수는 과기정통부 기초연구 사업을 통해 지난 10년 간 한 분야를 꾸준하게 연구해 온 연구자”라며, “연구자들이 단기적인 성과에 연연하지 않고 장기간 연구에 몰입할 수 있는 환경을 조성할 수 있도록 지원을 아끼지 않을 것”이라고 밝혔다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="94e0d6df23322234e64e3c13511e35166e4ca42f305d0119052804a9e447327a" dmcf-pid="F8bfHHb0vm" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="반데르발스 반도체 질화붕소(BN)를 비틀어 적층해 형성한 모아레 양자우물 모식도.(그림=POSTECH)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/20/ZDNetKorea/20260320072528660kwvz.jpg" data-org-width="623" dmcf-mid="9ClWaalwlF" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/20/ZDNetKorea/20260320072528660kwvz.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 반데르발스 반도체 질화붕소(BN)를 비틀어 적층해 형성한 모아레 양자우물 모식도.(그림=POSTECH) </figcaption> </figure> <p contents-hash="18a7f4cba00ac3004a1ae964818ba6f154c330cfc7bdf52893565ef6f7aebb24" dmcf-pid="36K4XXKpCr" dmcf-ptype="general">박희범 기자(hbpark@zdnet.co.kr)</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 지디넷코리아. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 "보안 취약점 선제 조치"...LG유플러스, 3개월전 유심 선주문 03-20 다음 "보안 취약점 선제 조치"...LG유플러스, 3개월전 유심 선주문 03-20 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
