이지훈 교수 연구팀, 희토류 금속메타표면 플라즈모닉 나노합금구조물 기반GaN 자외선 (UV) 포토센서 개발..과학전문지 Nano-Micro Letters(JCR IF 9.043) 게재
이지훈 교수 연구팀, 희토류 금속메타표면 플라즈모닉 나노합금구조물 기반GaN 자외선 (UV) 포토센서 개발..과학전문지 Nano-Micro Letters(JCR IF 9.043) 게재
  • 김태연 기자/조해리 기자
  • 승인 2020.04.30 00:15
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이지훈 교수 연구팀, 희토류 금속메타표면 플라즈모닉 나노합금구조물 기반GaN 자외선 (UV) 포토센서 개발..과학전문지 Nano-Micro Letters(JCR IF 9.043) 게재

광운대 전자공학과 이지훈 교수 연구팀은 전자공학과 순다쿤와 박사과정 연구원(제 1저자)과 함께 다양한 메타표면(meta-surface) 플라즈모닉Au-Ag(Gold-Silver) 합금 나노구조물 기반의 GaN 포토센서를 구현하고, 효율이 월등히 향상된 디바이스를 구현하는데 성공했다.

이지훈 교수 연구팀은 희생층 원자승화 성장법 및 열탈수현상 성장매개 변수의 효율적인 관리, 표면 자유에너지 최소화 효과를 적용하여, 다양한 형태의 플라즈모닉 Au, Ag, Au-Ag 나노 합금구조물을 합성하였으며, 이를 다양한 메타표면 (meta-surface) 기반의 플라즈모닉 GaN 포토센서에 적용하여, 기존 포토센스에 비해 월등히 높은 효율을 구현하는데 성공했다. 

매우 작은 금속성 나노구조, 즉 메타표면 플라즈몬 나노입자는 입사 광자에 의해 여기 될 때 표면 전자의 집단진동 (Resonant Coupling)을 통해 강한 광흡수, 산란 및 국소 전자기장의 특성인 국소화된 표면 플라즈몬 공명 (localized surface plasmon resonance, LSPR) 효과를 나타낸다. 메타표면 플라즈몬 나노입자의 LSPR은 특히, 포토 디텍터의 광 반응을 혁신적으로 개선시킬 수 있다. 

이지훈 교수 연구팀은 본 연구를 통해 희토류 금속 메타표면 플라즈모닉 Ag-Au 나노합금 구조물의 최적 합금비율 구현, 초기 핵생성 (nucleation) 단계의 비밀을 밝혀내, 금속 원자의 상호 및 표면 전이 과정을 규명하였으며, 메타표면 기반의 나노 합급 구조물의 효율적인 성장 및 제어를 가능케 하였고, 이를 통하여 포토 디텍터의 광반응을 혁신적으로 개선시킬 수 있었다.

최근, 전도대 전자의 집단진동(Resonant Coupling) 으로 인해 국부화된 표면플라즈몬 공명 (LSPR)을 유도하는 플라즈몬 나노 물질은 다양한 광 검출기의 개선된 성능을 달성할 수 있는 유망한 후보로서 높은 연구적 관심을 받고 있다. 자외선 (UV) 탐지는 광전자, 환경 및 생물학적 모니터링, 산업 자동화, 화염 감지, 군사, 통신 및 우주 탐사 등의 광범위한 응용 분야에서 많은 관심을 얻고 있다. UV 포토 디텍터는 고감도, 빠른 응답, 낮은 전력 소비 및 안정적인 작동을 특징으로하여 다양한 분야에 응용될 수 있다. 예를 들어, UV 통신 시스템은 가시광선의 간섭이 적고, 기상조건 및 산란에 둔감하기 때문에, 이를 응용한 무인 접지센서 네트워크 시스템이 성공적으로 개발되었다.

이번 연구는 광운대 단독 연구로 진행되었으며 연구진은 순다 쿤와(Sundar Kunwar, 박사과정, 제1저자), 산차야 판딧(Sanchaya Pandit, 석박통합과정) , 정재훈 연구교수, and 이지훈 교수(교신저자)이다. 

순다쿤와(Sundar Kunwar) 학생은 2015년 광운대 전자과 석사과정으로 입학하였으며, 현재 박사과정5년차 연구원이다. 현재까지 Nano-Micro Letters (IF: 9.043)외 Q1저널의 제1 저자로 10여편의 논문을 출판하였으며, 공동 저자로도 20편이상의 논문을 출판했다. 저널커버도 5편 출판, 국제학술대회 수상 등 아주 우수한 실적을 이뤄내고 있다. 박사학위 취득후, 우수한 기관에서 계속 연구를 이어가고 싶다는 멋진 포부를 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 중점연구소 및 중견연구자 지원사업과 광운대학교의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 과학전문지 Nano-Micro Letters (IF: 9.043) 2020년 04월 13일자 온라인판에 “Improved Photoresponse of UV Photodetectors by the Incorporation of Plasmonic Nanoparticles on GaN through the Resonant Coupling of Localized Surface Plasmon Resonance”의 제목으로 게재되었다.

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