[베리타스알파 = 조익수 기자] 경희대학교 물리학과 권영균 교수 연구팀이 전자회로와 포토닉스를 결합하는 새로운 방식을 밝혀냈다. 이 연구는 미국 노스이스턴 대학교(Northeastern) 기계산업공학과 정영준 교수(경희대학교 IS 교수), 물리학과 스와스틱 카(Swastik Kar)와 공동 연구로 진행됐다. 연구 논문은 지난 2월 17일 광학분야 최고 학술지인 네이처포토닉스(Nature Photonics)지에 게재됐다.

권 교수 연구팀은 탄소 나노튜브와 실리콘의 새로운 접합 소자에서 매우 독특한 비선형 광 전류 특성을 측정하였고, 그 매커니즘을 규명했다. 또한 이 소자를 이용해 빛과 전자를 입력하는 매우 효율적인 논리 연산을 구현하였다.

기존의 광전자소자의 광전류는 역방향 전압에 대한 의존성이 거의 없는 것으로 알려져 있다. 하지만 이번 연구에서 밝혀낸 나노튜브-실리콘 접합 소자에서는 역방향 전압을 증가시킴에 따라 광전류가 비선형적으로 매우 빠르게 증가하는 것을 측정했다. 또한 제일원리 방법으로 접합부의 전자구조를 분석해 그 매커니즘을 규명하는 방식을 선택했다. 광전류는 빛에 의해 들뜬 전자들이 전도띠로 들어가 흐르는 것인데, 들뜬 전자가 들어갈 수 있는 전도띠에 존재하는 상태 수가 역방향 전압에 따라 비선형적으로 변화하며 그 변화가 비선형 광전류 특성과 일치하는 모습을 확인했다.

최근 실리콘 포토닉스의 발전은 이종 논리 회로의 실현 가능성을 높혀왔고, 다양한 광전 회로가 제시되었다. 이에 따라 소자에서 광학적, 전기적 신호 두 가지 입력을 이용한 논리연산에 대한 연구에 관심이 매우 높은데, 이번 연구에서 구현한 이종 첩합 재료 소자의 논리연산을 통해 전자 회로에 포토닉스를 결합하는 새로운 접근방식을 제안했다. 

권 교수는 “이번 연구를 통해 전자회로와 포토닉스를 결합하는 새로운 방식을 제안하였고 이를 이용해 보다 효율적인 광전자 트랜지스터 및 다양한 광전자 논리 회로, 디지털-아날로그 컨버터, 그리고 디지털카메라의 이미지센서에 이르기까지 여러 가지 광전자 응용에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편 이번 연구에는 경희대학교 물리학과 박사과정(2014년 2월 박사학위 취득) 박소라 학생이 공동저자로 참여했다.