초록 ▼

□ 연구개요
■ 새롭게 탐색된 나노 신소재인 ‘흑린’을 기반으로 하는 차세대 초고속 포토닉스 소자를 연구하는데 있어서, 흑린 소재 자체의 광학적 특성을 규명하고 이론적, 체졔적으로 해석하며, 이를 기반으로 집적 포토닉스 소자 구현에 대한 패러다임을 혁신적으로 변화 하고자 함.
■ 흑린 소재의 나노구조 제어와 패터닝이 가능한 CVD 합성 공정을 개발하고, 포톤과 비선형 흑린 소재의 상호작용을 극대화 하는 소자 구조를 도출하며, 이러한 단위 소자들의 상승적 조합에 의한 차세대 초고속 포토닉스 시스템을 개발 함.

□ 연구개요
■ 새롭게 탐색된 나노 신소재인 ‘흑린’을 기반으로 하는 차세대 초고속 포토닉스 소자를 연구하는데 있어서, 흑린 소재 자체의 광학적 특성을 규명하고 이론적, 체졔적으로 해석하며, 이를 기반으로 집적 포토닉스 소자 구현에 대한 패러다임을 혁신적으로 변화 하고자 함.
■ 흑린 소재의 나노구조 제어와 패터닝이 가능한 CVD 합성 공정을 개발하고, 포톤과 비선형 흑린 소재의 상호작용을 극대화 하는 소자 구조를 도출하며, 이러한 단위 소자들의 상승적 조합에 의한 차세대 초고속 포토닉스 시스템을 개발 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
■ 흑린 소재의 광학적 비선형 특성 연구.
- 흑린 소재가 갖는 광학적 비선형 포화흡수(saturable absorption) 연구.
- 광학적 비선형성 흑린 기반의 초고속 펄스레이저 제작 및 다양화.
■ 흑린 소재의 합성 및 형상/특성 제어.
- CVD내에서의 고품질 흑린 합성.
- 합성된 흑린 소재의 정밀 특성 측정 및 공정 변수 제어에 의한 특성 최적화.
- 대기중에서 불안정한 흑린 소재에 대한 passivation 방법 연구.
■ 합성된 흑린을 기반으로 하는 포토닉스 소자 개발.
- 합성된 흑린 소재의 특성 안정화.
- 나노소재 기반 포토닉스 소자의 디자인과 해당 디자인에 맞는 흑린 소재의 패터닝.
■ 흑린 소자의 특성 제어.
- 도출 된 흑린 소재와 레이저의 상호작용 메카니즘을 이용한 소자의 특성 최적화.
- FEM 시뮬레이션을 통한 도파로 구조 최적화.
- 흑린 광학 소자의 Kerr효과 증명과 초고속 parametric 스위칭 연구.
■ 흑린 기반의 초고속 포토닉스 소자 다양화 및 동작 안정성 연구.
- 흑린 기반의 가변 간섭계, 공진기 등의 다양한 소자를 실현.
- 흑린 포토닉스 소자간의 융합에 의해 all optical logic gate 개발.
- 단위소자 동작 안정성 연구.
■ 단위 흑린 포토닉스 소자의 시스템 적용.
- 단위 흑린 소자의 상승 조합과 조합된 sub-system의 기능성 연구.
- 집적 소자와 이들이 grouping된 시스템의 컴퓨팅 및 고속 데이터 전송 실현.
- 10 Gbit/s 이상 광신호 전송에서 흑린 소자의 작동 특성 연구 및 개선 방안 도출.
■ 나노 소재의 광학적 비선형 특성 연구 및 확인.
- 나노 소재가 갖는 광학적 비선형 포화흡수(saturable absorption) 연구.
- 나노 소재 기반의 초고속 펄스레이저 제작 및 다양화.
■ 흑린 소재의 광학적 비선형 특성 연구.
- 흑린 소재가 갖는 광학적 비선형 포화흡수(saturable absorption) 연구.
■ 흑린 적용 광소자의 광학적 비선형 특성 연구와 응용 연구.
- 산화에 취약한 흑린을 보호할 수 있는 소자 디자인 연구.
- 위 디자인을 적용한 흑린 광학 소자 제작 및 특성 분석.
- 흑린 적용 광학 소자의 비선형 포화흡수 확인 및 특성 측정.
- 위 소자를 적용한 링 공진기를 이용한 초고속 펄스레이저 제작 및 특성 측정.
■ 흑린 소재의 합성 연구.
- 흑린 합성을 위한 CVD 장비 디자인 연구.
- 위 디자인을 적용한 흑린 합성 전용 CVD 장비 제작.
- 전용 CVD 장비의 작동과 정비를 통한 디자인의 문제점 연구와 그에 따른 개조.
- 흑린 합성에 필요한 촉매물질 후보 선정과 구현성 실험.
- 위 연구에 따른 합성에 적합한 촉매 물질 선정.
- 상기 촉매 물질을 이용한 흑린 합성.

□ 연구개발결과의 중요성
■ 본 연구는 현재 미래소자로 떠오르고 있는 흑린 나노구조 물질과 포토닉스 소자 기술을 융합하여 기능성 소자 제작 및 시스템 적용에 관한 것으로서, 구체적으로는 흑린 소재 합성기술, 초고속 레이저기술 및 광신호처리 기술들이 서로 융합되어 각 분야에 새로운 패러다임을 제공하게 될 것으로 기대 됨.
■ 탁월한 광학적 비선형성을 갖는 흑린 소재 기반의 포토닉스 소자 개발을 통해, 기존의 크고 비효율적인 소자를 대체함으로써 초고속으로 작동되는 포토닉스 소자의 성능과 집적도, 그리고 소자의 경제성 면에서 큰 발전이 예상 됨.
■ 전세계적으로 전무한 흑린 소재의 포토닉스 응용에 대한 기술의 선점으로 우리나라가 새로운 나노소재의 응용분야에 있어서 세계 주도적인 역할을 수행 할 수 있음.
■ 이렇게 개발된 포토닉스 소자들은 초고속 광대역 통신, 초미세 가공, 비파괴 정밀 측정, 광학적 tomography 등의 IT 산업 현장에서 주도적인 역할을 해 나갈 것으로 기대되며, 그 시장도 10조원이 넘는 규모로 성장할 것으로 예측 됨.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)