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  • 고성능 포토트랜지스터를 만드는 셀렌화인듐등록일 : 2015/11/22
  • 2차원 재료를 기반으로 하는 대부분의 광검출기는 광전도성과 포토게이팅(photogating) 효과 등과 같은 많은 서로 다른 광전류 발생 메커니즘을 사용해서 만들어졌다. 이것은 그들을 다루기 어렵게 한다. 현재, 네덜란드와 스페인 연구진은 셀렌화인듐(indium selenide, In2Se3)을 기반으로 하는 광검출 장치를 개발했다. 이것은 백게이트 전압(back gate voltage)을 변화시킴으로써 광전류를 생성하는 메커니즘을 가진다. 검출기는 매우 약한 광원을 검출해야 하는 야간 투시경 또는 천문학 기기 등의 분야에 매우 적합하게 적용될 수 있다.

    “우리는 포토게이팅 효과가 게이트 전압에 매우 의존하지만 광검출기 속의 광전도성 효과가 게이트에 크게 비-의존적이기 때문에 백 게이트 전압을 변화시킴으로써 광전류 생성을 제어할 수 있었다”고 이 연구를 이끌었던 델프트 기술 대학(Delft University of Technology)의 카블리 나노과학 연구소(Kavli Institute of Nanoscience)의 Joshua Island가 설명했다. “포토게이팅 효과는 광전도성 효과보다 낮은 기여를 하게 함으로써, 프로세스가 대부분의 광전류를 지배하고 생성할 수 있게 했다”고 Island가 덧붙였다. 

    광트랜지스터 장치들은 매우 강한 포토게이팅 효과를 가진다. 이것은 약 10 × 10^4 A/W의 매우 높은 성능과 약 3.5 × 10^13 Jones의 검출능을 가지게 하고, IIn2Se3이 광검출을 위한 가장 민감한 2차원 재료 중 하나라는 것으로 보여주고 있다.

    이번 연구진은 Si/SiO2 기판 위에 2차원 In2Se3의 벌크 결정을 박리하고 그들 위에 금/티타늄으로 만들어진 전극들을 패터닝함으로써 이 장치를 만들었다. 대안적으로, 그들은 Si/SiO2 기판 위의 미리 패턴이 형성된 금 전극 위에 직접적으로 박리된 박편들을 전사시켰다. 이런 방법은 서로의 상부 위에 적층되고 공유 결합된 인듐 및 셀레늄 원자들이 5층 샌드위치를 형성하게 한다. 이것은 반데르발스 힘에 의해서 유지된다.

    “그들의 매우 높은 성능 때문에, 이런 포토트랜지스터는 매우 약한 광원을 검출할 필요가 있는 분야에 매우 적합하다. 예를 들어, 야간 투시경 또는 천문학 기기 등을 들 수 있다”고 Island가 말했다. “게다가, 장치 속의 이득을 원활하게 조절할 수 있는 것은 우리가 광 반응 시간과 관련해서 이런 이득을 조정할 수 있게 한다. 이것은 광검출기의 특성들이 이런 상황(높은 이득 또는 빠른 광 검출)에서 적용될 수 있다는 것을 의미한다”고 Island가 덧붙였다. 

    이번 연구진은 이런 장치들이 반데르발스 헤테로구조 속의 다른 2차원 재료와 결합되거나 광반응을 추가적으로 향상시키기 위해서 포토닉스 나노구조를 사용하는 연구를 수행할 예정이다. 이 연구결과는 저널 Nano Letters에 “Gate Controlled Photocurrent Generation Mechanisms in High-Gain In2Se3 Phototransistors”라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02523).

    그림. 장치의 구조도 및 실제 이미지.
  • 키워드 : 셀렌화인듐, 포토트랜지스터, 나노재료
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑