초록 ▼

□ 연구개요
중적외선은 열 영상, 광 센싱, 자유공간 광통신, 군사적 응용과 관련하여 매우 중요하다. 최근 중적외선 포토닉스에 관한 관심이 증대되면서 중적외선 포토닉스 소자 개발이 절실히 요구되고 있다. 특히 소형화와 대량 생산을 위하여 중적외선 광 집적회로 개발이 중요하고, 이와 관련된 연구가 시작되고 있다. 하지만 변조기와 같이 능동적으로 중적외선을 제어하는 광 도파로 소자의 개발은 미비한 상태이다. 따라서 중적외선 도파로 변조기를 선도적으로 개발하는 것이 필요하다. 본 연구를 통해, 새로운 개념의 8-13 μm 파장 영역

□ 연구개요
중적외선은 열 영상, 광 센싱, 자유공간 광통신, 군사적 응용과 관련하여 매우 중요하다. 최근 중적외선 포토닉스에 관한 관심이 증대되면서 중적외선 포토닉스 소자 개발이 절실히 요구되고 있다. 특히 소형화와 대량 생산을 위하여 중적외선 광 집적회로 개발이 중요하고, 이와 관련된 연구가 시작되고 있다. 하지만 변조기와 같이 능동적으로 중적외선을 제어하는 광 도파로 소자의 개발은 미비한 상태이다. 따라서 중적외선 도파로 변조기를 선도적으로 개발하는 것이 필요하다. 본 연구를 통해, 새로운 개념의 8-13 μm 파장 영역에서 효과적으로 동작하는 그래핀을 포함한 하이브리드 플라즈모닉 도파로에 기반을 둔 중적외선 도파로 변조기를 개발한다. 이 변조기는 초소형이고, 효과적인 변조 특성을 지니며, 전력소모가 적은 특성을 지니고 있다. 이 변조기가 여러 중적외선 포토닉스 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구의 최종 목표에 도달하기 위한 연구의 세부 목표와 연구결과는 다음과 같다
(1) 그래핀 기반 중적외선 포토닉스 소자의 설계와 해석을 위한 이론적 연구 방법 구축: finite difference time domain (FDTD) 방법을 사용한 중적외선 포토닉스 소자 해석 능력을 갖추었고, 현재 다양한 중적외선 포토닉스 소자의 해석이 가능한 상태임.
(2) 금속-유전체-금속 (metal-insulator-metal, MIM) 도파로를 이용한 그래핀 기반 변조기의 설계: 원하는 특성을 갖는 변조기를 설계하고 이론적으로 해석하여 검증했음.
(3) 하이브리드 플라즈모닉 도파로를 이용한 그래핀 기반 변조기의 설계: 원하는 특성을 갖는 변조기를 설계하고 이론적으로 해석하여 검증했음.
(4) 중적외선 도파로 변조기의 측정을 위한 실험 setup 구축: 측정 setup을 구축하였고, 이를 이용하여 다양한 중적외선 포토닉스 소자 측정의 능력을 갖춤.
(5) 제안한 중적외선 도파로 변조기의 제작에 필요한 공정 개발: 세부 제작 공정들을 확립하였음. 특히 변조기를 구성하는 재료인 zinc sulfide(ZnS)에 나노 패턴을 건식 식각으로 제작하는 공정을 처음으로 개발하였음. 이런 세부 공정들은 다른 중적외선 포토닉스 소자 제작에 유용하게 사용될 수 있음.
(6) 제작된 중적외선 도파로 변조기의 측정 및 특성 분석: 세부 제작 공정들을 종합적으로 수행하여 목표로 한 중적외선 도파로 변조기를 제작해 가는 상황임. 세부 제작 공정 확립에 많은 시간이 소요되어 변조기 제작을 완료하고 측정하지 못한 상태임.

□ 연구개발결과의 중요성
연구개발결과의 중요성을 다음 세 가지 측면에서 살펴볼 수 있다.
(1) 개발된 제작 공정 기술의 활용: 과제를 통해 개발된 ZnS 식각 기술, 그래핀 전이 및 패턴 형성 기술, HfO₂ 증착 기술 등은 다른 광소자의 제작에 중요하게 활용될 수 있음. 특히 ZnS 식각 기술을 활용하여 다양한 ZnS 기반의 중적외선 포토닉스 소자를 개발할 수 있을 것으로 기대함. 그리고 그래핀 전이 및 패턴 형성 기술은 그래핀 기반 근적외선 광소자 제작에 활용될 수 있음.
(2) 다양한 중적외선 포토닉스 소자 개발: 과제를 통해 확보한 중적외선 포토닉스 소자의 이론적 해석 기술과 측정 기술을 다양한 중적외선 포토닉스 소자 개발에 활용 할 수 있는 점이 매우 중요함. 예로 금속 격자와 그래핀 플라즈몬에 기반한 중적외선 광소자에 관한 기초 연구와 광학적으로 제어 가능한 완전 흡수체에 관한 기초 연구를 진행하고 있음
(3) 국내 중적외선 포토닉스 분야 발전에 기여: 중적외선 영역의 중요도가 높아지는 상황에서 중적외선 포토닉스에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는 중임. 하지만 국내의 중적외선 포토닉스 연구는 아직 미약한 상황임. 과제를 통해 개발된 기술들은 국내 중적외선 포토닉스 연구에 참조, 활용될 수 있음

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 필요성 ... 4
• 나. 연구의 최종목표 ... 4
• 다. 연구의 범위 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 23
• 끝페이지 ... 33