본교 화공생명공학과 강문성 교수의 박세영 연구원(석박사통합과정)은 미국 뉴욕대학교의 Ayaskanta Sahu 교수와의 국제 공동연구를 통해 양자점 (quantum dot, 수 나노미터 크기의 반도체 결정)기반 다중분광 단파장 적외선(SWIR, short-wave infrared) 포토디텍터에 대한 연구 결과를 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials (IF = 19)’에 9월 8일 발표하였다.

 

단파장 적외선 감지 기술은 안개, 먼지 등 불리한 기후 조건이나 저조도 환경에서도 안정적인 광 검출이 가능하여 기존 가시광 검출기의의 한계를 보완하는 차세대 핵심 기술로 주목받고 있고, 긴 조망거리 확보, 야간 시야 확보, 화학적 특성 감지 등으로 인해 국방·보안, 의료 진단, 자율주행, 산업 자동화 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 크다. 그러나 기존 SWIR 검출기는 대부분 광대역 감응 소재를 사용하여 파장 선택적 감지가 불가능하고, 이로 인해 얻을 수 있는 분광 정보가 제한적이다. 이에 따라 파장별 신호를 고분해능으로 구분할 수 있는 다중분광 단파장 적외선 감지 기술이 각광받고 있다, 해당 기술은 기존 광대역 검출기로는 식별이 어려운 정보를 획득할 수 있어 의료, 농업, 환경 모니터링 등 다양한 분야에 유용하게 사용될 수 있다.

 

 

 

 

공동연구팀은 차세대 적외선 감광소재인 양자점을 직접포토리소그래피 공정(양자점의 분상성 확보를 위해 표면에 도입된 리간드를 광가교제를 활용하여 선택적으로 광화학반응을 일으켜 패턴을 형성하는 기술)을 통해 다중분광 친환경 양자점 포토디텍터 어레이를 개발하였다.

 

특히, 연구진은 4개의 서로 다른 흡수스펙트럼을 갖는 양자점을 활용하여 단파장 적외선 영역에서 각기 다른 광응답 스펙트럼을 갖는 채널을 형성하였고, 이를 통해 단파장 적외선 신호를복호화(decryption) 차트 만들고 단파장 적외선 신호를 식별할 수 있음을 밝혔다. 이러한 결과는 양자점 패터닝을 활용한 다중분광 적외선 포토디텍터 제작을 통해 기존 적외선 포토디텍터들의 한계를 극복할 수 있음을 나타내며, 이는 차세대 적외선 포토디텍터 및 이미지 센서 분야에 응용될 가능성이 높다는 것을 시사한다.

 

본 연구를 위해 논문의 제 1저자인 박세영 연구원은 1년간 New York University의 Ayaskanta Sahu 교수 연구실에 파견되어 국제 공동연구를 수행하였으며, 서강대학교 박사과정 연구역량 강화사업, BK21사업 우수 대학원생 해외연수 사업의 지원을 받았다.   

 

연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/mskanggroup/

논문 제목: Quad-band Short-wave Infrared Detection Using Bandgap-controlled Ag2Te Quantum Dots

논문 링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202512679