최근 물리학자 단체 네트워크의 보고에 따르면 핀란드 연구진이 외부 양자 효율이 130%에 달하는 흑색 실리콘 광검출기를 개발했다고 합니다. 이는 광전 소자의 효율이 이론적 한계인 100%를 넘어선 최초의 사례로, 자동차, 휴대폰, 스마트워치, 의료기기 등 다양한 분야에 널리 사용되는 광전 검출 장치의 효율을 크게 향상시킬 것으로 기대됩니다.
광검출기는 빛이나 기타 전자기 에너지를 측정할 수 있는 센서로, 광자를 전류로 변환하고 흡수된 광자는 전자-정공 쌍을 형성합니다. 광검출기에는 포토다이오드, 포토트랜지스터 등이 있습니다. 양자 효율은 광검출기와 같은 소자에 흡수된 광자 중 전자-정공 쌍으로 변환된 광자의 비율을 나타내는 용어입니다. 즉, 양자 효율은 생성된 광전자 수를 입사 광자 수로 나눈 값입니다.
입사 광자가 외부 회로로 전자를 생성할 때, 소자의 외부 양자 효율은 100%입니다(이전에는 이론적 한계로 여겨졌습니다). 최근 연구에서 흑색 실리콘 광검출기는 최대 130%의 효율을 달성했는데, 이는 입사 광자 하나가 약 1.3개의 전자를 생성한다는 것을 의미합니다.
알토대학교 연구진에 따르면, 이번 획기적인 연구 성과의 핵심은 고에너지 광자에 의해 활성화되는 독특한 나노구조의 흑색 실리콘 광검출기 내부에서 발생하는 전하 운반체 증식 과정입니다. 이전에는 전기적 및 광학적 손실로 인해 수집되는 전자의 수가 줄어들어 실제 소자에서 이 현상을 관찰할 수 없었습니다. 연구 책임자인 헤라 세번 교수는 "우리가 개발한 나노구조 소자는 재결합이나 반사 손실이 없어 증식된 모든 전하 운반체를 수집할 수 있습니다."라고 설명했습니다.
이러한 효율성은 유럽에서 가장 정확하고 신뢰할 수 있는 측정 서비스인 독일 국가측정학회(PTB) 산하 물리기술연구소에서 검증되었습니다.
연구진은 이러한 기록적인 효율성이 과학자들이 광전 검출 장치의 성능을 크게 향상시킬 수 있음을 의미한다고 지적합니다.
알토대학교 소유 기업인 엘피스(ElfysInc)의 CEO 미코 준투나 박사는 “우리가 개발한 검출기는 특히 생명공학 및 산업 공정 모니터링 분야에서 많은 관심을 불러일으켰다”고 말했다. 엘피스는 현재 이러한 검출기를 상업적 용도로 생산하기 시작한 것으로 알려졌다.
게시 시간: 2023년 7월 11일