뉴스 | [이코노미사이언스외3건] 포스텍 박경덕·노준석 교수팀, 2차원반도체 발광효율 1600배 향상…초절전 디스플레이 길 열었다
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2025.07.01 / 39Links
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POSTECH, 2차원반도체 발광효율 높이는 디스플레이 원천기술 개발
(왼쪽부터) 물리학과 박사과정 김용빈, 물리학과 통합과정 구연정, 물리학과∙반도체공학과∙융합대학원 박경덕 교수.
(오른쪽 위에서부터) 기계공학과∙화학공학과∙전자전기공학과∙융합대학원 노준석 교수, 기계공학과 박사과정 오동교.
POSTECH(포항공과대학교) 물리학과·반도체공학과·융합대학원 박경덕 교수, 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원 노준석 교수 연구팀이 러시아 ITMO대 바실리 크랍초프 교수와 함께 원자층 두께 2차원반도체의 발광 효율을 획기적으로 향상시키는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
스마트폰 등 디스플레이 기기는 야외활동 시 화면이 충분히 밝지 않고, 고전력 사용에 따라 배터리 소모가 급격히 빨라지는 문제도 발생한다. 차세대 전자소재로 주목받는 2차원반도체는 두께가 불과 수 원자층이기 때문에 유연하면서도 뛰어난 전기적·광학적 특성을 가진다.
이 때문에 TSMC 등 글로벌기업들이 반도체칩 양산을 위한 차세대소재로 이미 상용화 연구를 진행하고 있다. 하지만 단위부피당 발광효율이 매우 높은 것에 비하여, 수 원자층 두께에서 발생하는 빛의 절대적인 세기는 여전히 낮기 때문에 디스플레이 소재로의 활용을 위해서는 발광효율 향상이 반드시 필요하다.
POSTECH 연구팀은 바비넷 원리(Babinet's principle)와 표면격자공명(SLR)이 발생하는 대면적 금 나노광학안테나 구조를 설계 및 제작하고, 이 위에 2차원반도체를 적층하여 발광효율을 1600배 증강시키는 소자를 구현하는데 성공했다.
연구팀은 바비넷 원리가 적용되는 역발상의 안테나구조를 고안하여 발광에너지 손실을 최소화하였고, 표면격자공명이 발생하는 배열식 구조를 제작하여 나노광학안테나 효과를 대면적으로 극대화 시킬 수 있었다.
여러 사람이 트램펄린 위에서 리듬을 맞춰 점프할 때 공명 현상에 의해 더 높이 뛰어오를 수 있는 것처럼, 개별 안테나의 효과가 단순히 더해지는 것이 아니라, 배열식 구조의 이중 공명을 통해 발광 세기의 획기적 증폭이 가능해진 것이다.
2차원 반도체의 대면적 발광효율 증강 모식도(왼쪽)과 바비넷 원리와 표면격자공명 현상
2차원반도체의 발광효율을 획기적으로 향상시킨 이 연구를 통해 손목에 감거나 의류에 부착하는 웨어러블 디스플레이 개발이 가능해질 전망이며, 디스플레이 소자의 전력소모를 크게 감소시킴으로써 스마트폰 등 전자기기의 배터리 사용 시간을 크게 늘리는 기능도 할 것으로 기대된다.
논문의 제1저자인 POSTECH 구연정씨는 "이번 연구는 2차원반도체가 직면한 발광소재로써의 한계를 극복하고, 차세대 디스플레이와 광반도체 기술 상용화에 중요한 돌파구를 제시할 수 있을 것"이라고 전했다.
한편, 연구에 사용된 안테나 구조의 설계와 제작에는 노준석 교수 연구팀 오동교 씨의 주도로 문정호 박사, 김예슬 씨, 김인기 교수(성균관대)가 참여하였으며, 2차원반도체 소재의 제작에는 POSTECH 김종환 교수 연구팀의 김태호, 양세라 씨가 참여하였다. 또한 POSTECH 물리학과의 김용빈 씨와 ITMO 대학 크랍초프 교수팀이 측정 실험을 함께 수행하였다.
이번 연구 성과는 광학 분야 국제학술지 Light: Science & Applications에 지난 20일 게재됐다.
2. https://www.dongascience.com/news.php?idx=72467 (동아사이언스)
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