KAIST, 양자점 '광원 순도' 높이는 기술 개발...부작용 없이 소자 성능↑

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양자점 주변 파괴·신호 약화 없이
배경 잡음 신호만 선택적으로 제거
정교한 이온빔으로 해킹 가능성↓
광소자·디스플레이 분야 응용 가능

정교한 이온 빔으로 양자점(퀀텀닷) 양자 광원 순도를 높이는 기술이 국내에서 개발됐다. 이는 다양한 반도체 양자점 기반 광소자, 광 집적회로에 응용돼 성능을 높일 수 있을 전망이다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 조용훈 물리학과 교수팀이 '집속 이온빔'을 이용해 반도체 피라미드 구조 꼭짓점에 형성된 단일 양자점 단광자 순도를 높이는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

양자점을 비롯한 양자 광원은 해킹에 안전한 양자 통신에 쓰일 수 있어 주목을 받고 있다. 특히 반도체 기반 양자점은 칩에 집적할 수 있고 전기 구동도 가능하다. 실용성이 높은 양자 광원으로 널리 연구되고 있다. 하지만 주변 구조에서 발생하는 '배경 잡음'이 양자광 성질을 약하게 만들어 해킹당할 가능성을 낳는다. 배경 잡음을 줄여 양자광 신호 대 잡음비를 크게 만드는 것이 중요하다.

집속 이온빔 이용 소광기법을 육각 피라미드 꼭짓점 구조 위 양자점에 적용하는 것을 형상화한 모식도
<집속 이온빔 이용 소광기법을 육각 피라미드 꼭짓점 구조 위 양자점에 적용하는 것을 형상화한 모식도>

연구팀은 '집속 이온빔'을 이용해 양자점 주변 구조를 파괴하거나 양자광 신호를 약화시키지 않은 채 배경 잡음 신호만 효과적으로 제거할 수 있는 기술을 개발했다.

연구팀은 집속 이온빔 종류와 조건을 정밀하게 조절하면 배경 잡음 신호만 나노 스케일로 '소광(luminescence quenching)' 할 수 있다는 점에 착안했다.

이를 반도체 피라미드 구조 꼭짓점에 정교하게 형성된 양자점에 적용했고 양자점 주변 배경 잡음 신호 소광에 성공했다. 발광 신호가 얼마나 양자광에 가까운지를 나타내는 지표인 '단광자 순도'를 크게 개선했다.

조용훈 KAIST 물리학과 교수
<조용훈 KAIST 물리학과 교수>

다양한 반도체 양자점 기반 양자 광소자, 광집적회로에도 적용해 원치 않는 신호를 선택적으로 제거하고 소자 성능을 높일 수 있다.

조용훈 교수는 “집속 이온빔을 이용해 원하지 않는 주변 배경 잡음 신호를 선택적으로 소광할 수 있는 고분해능 기법을 개발했다”며 “이는 다양한 양자 광소자와 광 집적회로, 그리고 디스플레이 분야에도 응용될 수 있는 기반 기술이 될 것”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com