IBS, 양자점 반도체 효율 낮추는 숨은 원인 규명
밀도범함수 이론(DFT) 계산을 이용하여 얻은 전도대의 오비탈 구조(a) 및 오제현상에 대한 도식(b). 계산을 통해 예측된 전자 오비탈을 통해 전자가 양자점 표면에 주로 위치함을 알 수 있다. 이렇게 공간적으로 국한된 들뜬 전자들은 충돌하기 쉬우며, 이 때문에 전자 간 충돌에 의한 인트라밴드 오제현상이 일어난다. 기존의 오제현상은 가전자대의 정공이 핵심적인 역할을 수행한 반면, 이번에 관측된 오제현상은 전도대의 전자 그리고 전자 간 충돌이 주요한 역할을 수행한다. 기초과학연구원 (IBS) 조민행 분자 분광학 및 동력학 연구단장(고려대 화학과 교수) 연구팀은 자가도핑 양자점을 시분해 분광법을 통해 연구한 결과, 양자점을 활용한 반도체의 성능을 저해하는 새로운 요인을 찾아냈다. 양자점(Quantum Dot)은 지름이 2~10nm(나노미터‧10억 분의 1m) 수준에 불과한 반도체 입자다. 그 크기에 따라 다른 주파수의 빛을 방출하는 등 독특한 전기적‧광학적 성질을 지닌다. 현재 양자점을 특성을 활용한 양자점 디스플레이(QLED)나 양자 폭포 레이저 등 다양한 기술이 응용 및 연구되고 있다. * 양자 폭포 레이저(Quantum Cascade laser) : 대간 전이가 아닌, 대내 전자 전이를 기반으로 한 양자점 레이저. 기존 레이저와 달리 원~중적외선 파장 영역(일반적으로, 4~11 μm)의 빛을 방출한다. 양자점과 같은 반도체에는 전자가 머무를 수 있는 특정 궤도(에너지 준위)들로 구성된 두 개의 밴드가 존재한다. 여기서 전자가 차 있는 아래쪽의 밴드를 ‘가전자대’, 전자가 비어있는 위쪽 밴드를 ‘전도대’, 그리고 이 둘 사이의 에너지 차이를 밴드갭(Band Gap)이라 부른다. 밴드 내의 에너지 준위들은 일종의 사다리와 같아서, 외부 에너지(빛)를 받은 전자는 사다리의 위 칸으로 이동한다. 이를 들뜬(excited) 전자라고 부르며, 전자가 사라진 빈자리를 정공(hole)이라 한다. 시간이 지나 에너지를 잃게 되면, 전자는 다시 사다리의 아래층, 즉 낮은 에너