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중앙대, 차세대 광센서용 포토다이오드 개발
2020년 09월 18일 (금) 11:10:36
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황규준 기자 news@stardailynews.co.kr

[스타데일리뉴스=황규준 기자] 중앙대(총장 박상규)는 융합공학부 왕동환 교수와 장웅식 박사과정 재학생(제 1저자) 연구팀이 비플러렌계 전자 수용체 기반의 차세대 광센서용 포토다이오드 구현에 성공했다고 18일 밝혔다.

비플러렌계 전자 수용체는 빛 흡수 능력이 뛰어나 흡광 영역이 넓으며, 구조 및 합성 방법을 다양하게 조절하여 최적 소재 개발이 가능해 유기태양전지 분야에 널리 활용되고 있다. 하지만, 플러런계에 비해 노이즈 신호 제어 문제 등 낮은 성능으로 유기반도체 기반 포토디텍터 분야에는 적용이 어려웠다.

   
▲ 비플러렌계 전자 수용체 기반 포토다이오드 소자

연구팀은 나노소재 및 소자의 최적 구조 디자인으로 광신호에 의해 형성된 전하를 효과적으로 분리하고, 역방향 전하 흐름을 억제할 전자 수용체 물질(eh-IDTBR)을 도입함으로써 박막형 유기반도체 광센서의 성능을 향상시켰다(–1V 기준 1.61 ×1013cm·Hz1/2·W-1). 비플러렌계 전자 수용체는 플러렌계와 대비해 암전류를 수십배 억제할 수 있으며, 높은 흡광 능력으로 반응 신호를 향상시킨다. 또한, 빠른 응답속도와 넓은 응답대역 등 기존과 차별화된 우수한 성능을 보인다. 외부 스트레스(열/전기)에 대한 구동 안정성 또한 확인했다고 밝혔다. 

중앙대 왕동환 교수는 “이번 연구는 차세대 이미지 센서 기술을 제시하는 계기가 될 것”이라며, “스마트폰, 산업용 카메라의 화질 개선, 자율주행차 카메라의 정확도및 반응속도 향상 등 다방면에서 폭넓게 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

중앙대 연구팀이 부산대학교 전일 교수팀과 공동으로 발표한 이번 논문 ‘비플러렌계 전자 수용체 기반 유기 광전자소자의 노이즈 제어, 반응 신속성, 안정적 구동 구현(Superior Noise Suppression, Response time, and Device Stability of Non-Fullerene System over Fullerene Counterpart in Organic Photodiode)’은 재료 분야 저명 학술지 <Advanced Functional Materials> (2020 인용지수 16.836) 의 8월 11일 온라인 게재되었으며, 최신호의 Front 표지 논문으로 선정됐다.

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