김현재 교수팀, 광촉매 물질을 활용한 산화물 반도체 기반 광센서 기술 개발

가시광선 감지가 불가능한 산화물 반도체 기반 광센서 한계 극복

세계적인 재료 과학 분야 학술지 ‘Advanced Functional Materials’ 게재

[사진 1. (왼쪽부터) 안종빈 석박통합과정생, 강병하 박사, 김현재 교수]

공과대학 전기전자공학과 김현재 교수 연구팀이 광촉매 물질을 활용해 가시광선도 감지가 가능한 산화물 반도체 기반 광센서 기술을 개발했다. 이번 연구는 저비용, 고효율의 센서 기술 발전뿐만 아니라 대량 맞춤화의 가능성을 여는 주요한 돌파구를 마련할 것으로 기대된다.

기존의 산화물 반도체 기반 광센서는 낮은 누설 전류 등 상당한 잠재력을 가지고 있으나, 감지할 수 있는 파장이 한정적이고 지속적인 광전도 현상으로 장치 성능이 저하돼 상용화에 어려움을 겪고 있었다. 이러한 문제들은 광센서의 효율성과 신뢰성을 떨어뜨려 다양한 응용 분야에서의 활용을 제한했다. 이에 보다 우수한 성능을 가진 신기술 개발의 필요성이 대두됐다.

[그림 1. 전기수력학적 인쇄 기법을 이용한 산화물 반도체 기반 광센서 위 광촉매층 형성 기술 및 이에 따른 가시광선 감지 능력]

김현재 교수 연구팀은 인듐-갈륨-징크-옥사이드 (IGZO) 기반 광센서의 성능을 향상시키기 위해 선택적으로 형성된 삼산화 텅스텐(WO3) 광촉매층을 전기수력학적 인쇄(EHD jet printing) 기술을 통해 구현했다. 이는 기존 기술의 한계를 극복하고, 광센서의 반응 속도와 정확도를 크게 향상시킬 수 있었다. 또한 기존 IGZO 광센서에 비해 가시광선 흡수 범위를 확장시켜, 빨간색(635 nm) 및 초록색(532 nm) 가시광선에서도 감지가 가능했다.

이번 연구 결과는 다양한 분야에서 응용될 것으로 기대된다. 특히 환경 모니터링, 의료 진단, 스마트 기기 등에 적용될 수 있는 혁신적인 센서 기술로 주목받고 있다. 

김현재 교수는 "이번 연구는 기존 광센서 기술의 한계를 극복하고, 보다 나은 성능을 제공할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다."며 "앞으로도 지속적인 연구를 통해 기술 개발의 상용화에 힘쓰겠다."고 밝혔다.

한편, 연구는 미국의 Wiley사에서 발행하는 재료 과학 분야의 최고 권위 학술지 'Advanced Functional Materials'(IF 19.0, JCR 상위 4.2%)에 게재됐다.

논문정보

● 논문 제목: 

Advanced IGZO Phototransistor Arrays: Enhancing Visible Light Detection Through Selectively Electrohydrodynamic Jet-Printed Photocatalytic Layer Formation

● 논문 주소: https://doi.org/10.1002/adfm.202404546