* 밴드 갭(Band gap): 반도체와 절연체에서, 가전자대와 전도대간의 에너지 영역
** 광센서의 주요성능지수(Key figure of merit): 반응성(Responsivity), 유효 양자 효율(Effective quantum
efficiency), 탐지율(Detectivity) 및 반응 속도(Response time) 등으로 광센서의 성능을 결정짓는 요소
□ 김봉중 교수 연구팀은 과다 수소 도핑(doping)된 준안정 상태의 단결정
HVO2 나노입자를 적외선 센서에 최초로 적용하였다. 일반적으로 이산화바
나듐(VO2)이 수소 도핑이 되면 금속의 전기적 특성을 가지게 되지만, 그 상
태보다 수소가 더 도핑이 되면(예: HVO2) 이산화바나듐 보다 훨씬 비저항
이 높은(약 100배 이상 증가) 절연체가 된다.
∘ 이 나노입자 광센서의 작동은 광 조사시 격자내부의 가장 안정된 침입형 자
리*에 있던 수소가 다른 불안정한 침입형 자리로 이동하는 현상을 이용한다.
이러한 수소원자의 이동은 매우 빠르고 가역적이며, 특정 전압 구간에서 폭
발적인 광전류의 상승을 이끌어내어 높은 반응성과 감도의 원인이 된다.
* 침입형 자리(Interstitial site): 원자로 이루어진 격자의 사이에 존재하는 공간으로, 외부에서 유입된
매우 작은 원자들이 위치함
∘ 개발된 광센서는 실온에서 높은 반응성(수만 암페어/와트)과 감도(수조 존스*)
를 유지하면서도 수 나노초**의 반응속도를 보였다. 이러한 성능은 현존하는
이차원 단일층 및 이종구조로 이루어진 적외선 센서 중 가장 우수하며, 반응
속도는 1000배 이상 빠르다.
* 존스(Jones): 광 센서의 탐지율을 나타내는 단위
** 나노초(nanosecond): 시간의 단위, 1 나노초는 1억분의 1초
□ 김봉중 교수는 “이번 연구성과는 적외선 광센서에 전이 금속 산화물을 이용
한 최초의 연구성과라는 점에서 의의가 있으며, 향후 작은 크기 원자의 도핑
을 이용하여 광전소자 및 에너지 소자들의 성능을 획기적으로 개선할 수 있
을 것으로 기대한다”고 말했다.
□ 지스트 신소재공학부 김봉중 교수(교신저자)가 주도하고, 신소재공학부 김민
우 박사와 조용륜 박사과정 학생이 참여한 이번 연구는 한국연구재단의 지원
을 받아 수행되었으며, 연구성과는 나노분야 최고 권위지인 Nano Letters에
2020년 2월 28일 온라인 게재되었다. <끝>