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디스플레이 분야는 국가 첨단전략산업에 선정될 만큼 그 중요성이 커지고 있다. 때문에 발광다이오드(LED) 소자에 대한 연구는 국내뿐 아니라 전 세계적으로 매우 활발하게 이뤄지고 있다.
이 분야에서 선진적 연구를 수행하고 있는 전북대 이홍석 교수팀(물리학과)의 김성훈 박사과정생이 수 나노미터 크기의 반도체 결정인 양자점의 이종계면(異種界面)의 존재를 규명하고, 이를 LED 소자에 적용한 연구로 재료 분야 최고 학술지 중 하나인 『ACS Applied Materials & Interfaces(IF=9.5)』 최신호에 주저자로 논문을 게재했다.
입자의 크기가 수 나노미터(nm) 수준으로 작아지게 되면 이들 입자의 전기·광학적 성질이 크게 변화하게 되는데, 이러한 초미세 반도체 나노입자를 양자점(quantum dot)이라고 한다. 지난해 양자점을 최초로 발견한 모운지 바웬디, 루이스 브루스, 알렉세이 예키모프가 노벨화학상을 수상할 만큼 전 세계적인 연구가 매우 뜨겁다. 이를 활용한 분야도 무궁무진한데, 일상에서 만나볼 수 있는 QLED(양자점발광다이오드) TV 등 다양한 디스플레이와 양자점 태양전지, 광검출기, 광촉매 등 응용 분야가 무궁무진하다.
이렇게 다양한 분야에 응용되고 있지만, 양자점은 작은 크기로 인하여 부피당 표면적 비율이 매우 높아 불안정한 표면으로 인하여 다수의 표면 결함이 생겨 광 특성이 낮아지는 문제점을 가지고 있다. 이를 개선하기 위해 다양한 표면 개질 관련 연구가 활발히 이루어지고 있지만, 이와 관련하여 원인 규명 연구는 미진한 실정이다.
이러한 원인 규명을 위해 전북대는 한국과학기술연구원(KIST)과 함께 이종접합 구조를 갖는 양자점을 제작하고, 광 특성 개선 원인과 이종계면의 존재를 다양한 구조 및 광 특성 분석을 통해 다각도로 분석하여 규명했다.
특히 이번 연구를 통해 이종계면의 효과를 분석하고 고효율의 발광 소자 및 다양한 응용 분야에 적용이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.
연구를 주도한 김성훈 연구원은“디스플레이 분야는 국가첨단전략산업에 선정되었으며 이에 양자점 소재에 관한 다양한 관점을 가진 지속적인 연구는 향후 미래 산업 발전에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”라고 말했다.
한편, 이번 연구 성과를 거둔 김성훈 대학원생은 박사학위 과정 중에만 9편의 주저자, 4편의 공동저자 등 총 13편의 국제학술지 논문을 발표한 연구 재원이다. 국내 및 국제 학술대회에서 우수발표상 13회 및 젊은진공과학자상을 수상한 바 있다. 또한 박사학위 과정 중에 LG산학장학생에 선발되어 졸업 후 LG디스플레이에 입사할 예정이다.
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