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신재철 영남대 교수, ‘나노선’ 합성 신기술 개발...차세대 전기·전자 소자 개발 핵심기술

경북 경산 영남대학교는 신재철(39·사진) 물리학과 교수가 차세대 유망 기술인 나노선(nanowire)을 실리콘 기판에 효율적으로 합성하는 신기술을 개발해 이를 이용한 근적외선 검출센서 제작에 성공했다고 22일 밝혔다.

신 교수는 나노선이 단면 지름이 나노미터(nm, 10억분의 1m) 두께의 선모양 구조체인 극미세선으로 트랜지스터, 메모리 및 각종 센서 등 첨단 전기·전자 소자를 개발하는 데 필요한 미래 핵심 기술로 주목받고 있다고 소개했다.

현재까지 반도체 나노선은 주로 금속나노입자를 촉매로 사용하거나 나노패터닝 기술을 이용해 합성했다.

반면, 이러한 방법들은 비용과 시간이 많이 소요되는 단점 때문에 상용화에 한계를 가지고 있었다는 것이 신 교수 설명이다.

신 교수는 2013년 무촉매, 무패턴 방식으로 2인치 크기의 실리콘 기판 위에 균일하게 인듐비소(InAs) 나노선을 합성하는 기술을 개발했다.

이번 연구에서는 이러한 기술을 이용해 1~3마이크로미터(μm) 파장대역의 근적외선 검출센서를 제작한 것이다.

지금까지는 근적외선 검출센서를 제작하기 위해서 인듐비소, 셀레늄화납(PbSe)과 같은 화합물 반도체 기판을 사용했는데, 이러한 재료기판은 실리콘에 비해 가격이 수십 배 가량 비싼 단점이 있다.

반면, 이번 연구로 이러한 문제를 해결한 것이다. 이 기술로 제작된 실리콘 기반의 인듐비소 나노선은 근적외선 검출센서 뿐만 아니라 태양전지, LED, 레이저, 트렌지스터 등의 새로운 기술 분야에도 다양하게 응용될 것으로 신 교수는 기대하고 있다.

이번 연구에 교신저자로 참여한 신 교수는 “1~3μm 파장대역의 근적외선은 물체의 내부로 어느 정도 투과가 가능해 과일의 이상 유무 검사, 혈당검사, 피부질환검사 등에 사용할 수 있다”며 “뿐만 아니라 대기 중에 복사되는 적외선의 반사를 감지함으로써 야시경, 화재발생 시 인명구조 카메라 등에 사용되는 등 활용도가 높다”고 강조했다.

이어 “이번 연구에서 개발된 실리콘 기반의 인듐비소 나노선 합성을 통한 근적외선 검출센서 기술을 좀 더 발전시킨다면, 기존에 가격 문제로 인해 적용이 어려웠던 스마트폰에 장착 가능한 과일당도 측정계, 혈당 측정계, 야시경 등의 제작이 가능해 새로운 시장을 창출하고, 세계 시장을 주도할 수 있을 것이다”고 덧붙였다.

신 교수는 “태양전지, 적외선 검출센서, LED, 레이저 등의 광전소자 분야를 주로 연구해 왔다”며 “반도체 나노구조를 통해 가격이 저렴하면서도 고성능의 광전소자 개발 연구를 해 나갈 것”이라며 이후 연구계획을 밝혔다.

한편, 신 교수는 미국 위스콘신대학(University of Wisconsin-Madison)에서 박사학위를 취득하고 한국광기술원 광바이오연구센터 연구원을 거쳐 2014년 9월부터 영남대 교수로 재직 중이다.

이번 연구결과는 ‘인듐비소 나노선을 이용한 실리콘 기반의 근적외선 검출센서 개발(Short-wavelength infrared photodetector on Si employing strain-induced growth of very tall InAs nanowire arrays)’ 제목으로 관련 분야 상위 7.3%에 해당하는 세계적 권위지인 <사이언티픽 리포트>(Scientific Reports, 영향력 지수(IF) 5.078) 온라인판 최신호(2015년 6월)에 게재됐다.

사이언티픽 리포트는 세계적인 과학전문 주간지인 네이처(Nature)를 발간하는 네이처 출판 그룹(Nature Publishing Group)에서 물리학, 화학, 생물학 등 과학의 전 분야를 망라하는 종합학술지다.

경북/김상일 기자=smile56789@hanmail.net