DGIST, 단일 레이저 공정 '2차원 반도체 광검출기 구현' > 전국/지역/사회

DGIST 권혁준 교수 연구팀이 단 한 번의 레이저 조사만으로 2차원 반도체 내부에 고성능 광검출 접합 구조를 형성하는 기술을 개발했다.

복잡한 적층이나 전사 공정 없이도 빛을 전기 신호로 변환하는 고성능 광검출기를 구현할 수 있어 차세대 유연 센서와 이미지 센서 개발에 활용될 전망이다.

DGIST 전기전자컴퓨터공학과 권혁준 교수 연구팀은 2차원 반도체 소재인 ‘주석 이황화물(SnS₂)’에 레이저를 직접 조사해 원하는 위치에만 접합을 형성하는 공정을 제안했다고 밝혔다. 연구 성과는 광학 분야 국제학술지인 Advanced Optical Materials 2026년 5월호에 게재됐다.

광검출기(포토디텍터)는 빛을 전기 신호로 변환하는 핵심 소자로 이미지 센서, 광통신, 사물인터넷(IoT), 유연 전자기기 등에 폭넓게 사용된다. 특히 2차원 반도체는 원자층 수준의 얇은 두께와 높은 유연성으로 차세대 광전자 소재로 주목받고 있다.

그러나 기존 광검출 소자는 서로 다른 소재를 여러 층으로 쌓거나 옮겨 붙이는 복잡한 공정이 필요해 오염과 결함 발생 가능성이 높다는 한계가 있었다.

연구팀은 레이저를 조사한 부분에서 소재 두께가 얇아지고 산소가 결합하는 특성 변화를 이용해, 처리 영역과 비처리 영역 사이에 자연스럽게 에너지 장벽을 형성했다.

이 에너지 장벽은 빛에 의해 생성된 전하를 빠르게 분리하고 재결합을 억제해 광검출 성능을 크게 향상시키는 역할을 한다.

실제로 연구팀이 제작한 광검출기는 기존 방식 대비 반응 속도가 수십 배 이상 빨라졌으며, 703 mA W⁻¹의 광응답도와 170%의 외부양자효율(EQE), 2.35 × 10¹⁴ Jones의 검출능을 기록하는 등 우수한 성능을 나타냈다. 반복 측정에서도 안정적인 성능 유지가 확인됐다.

권혁준 교수는 “복잡한 제조 공정 없이 레이저만으로 2차원 반도체 내부에 빛-전기 변환에 최적화된 환경을 구현할 수 있음을 입증한 연구”라고 전했다.

이어 “고성능 광검출기뿐 아니라 대면적 이미지 센서와 투명·유연 광센서 등 다양한 산업 분야로 확장 가능한 실용 기술이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 이지은 석박사통합과정생이 제1저자로 참여했으며, 과학기술정보통신부 개인기초연구사업(중견), 이노코어 프로그램, 교육부 대학중점연구소지원사업의 지원을 받아 수행됐다.