초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 2차원 절연체 소재에 형성한 0차원 결함의 발광 특성을 연구하고 이를 응용한 신개념 발광 소자를 개발하는 것을 목표로 함. 구체적으로 공공이나 이 자리에 치환된 원자와 같은 0차원 결함을 형성하고 이 종류나 밀도의 제어를 통해 전계제어 발광 특성과 같은 새로운 발광 원리를 탐구하고 다른 2차원 물질과의 이종접합 구조를 형성한 신개념 발광 소자를 개발하여 광센서, 발광 소자, 양자 광학 소자로의 활용 가능성을 확인하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
□ 0차원 결함 형성 기술 개발 및

□ 연구개요
본 연구는 2차원 절연체 소재에 형성한 0차원 결함의 발광 특성을 연구하고 이를 응용한 신개념 발광 소자를 개발하는 것을 목표로 함. 구체적으로 공공이나 이 자리에 치환된 원자와 같은 0차원 결함을 형성하고 이 종류나 밀도의 제어를 통해 전계제어 발광 특성과 같은 새로운 발광 원리를 탐구하고 다른 2차원 물질과의 이종접합 구조를 형성한 신개념 발광 소자를 개발하여 광센서, 발광 소자, 양자 광학 소자로의 활용 가능성을 확인하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
□ 0차원 결함 형성 기술 개발 및 광특성 평가
⦁ 질화붕소(hBN)의 2차원 절연체에 0차원 결함을 형성하여 발광 제어가 가능하도록 다양한 결함 형성 연구
⦁ 다양한 기체 분위기 열처리와 플라즈마 처리를 통해 다른 종류의 결함 형성 확인
⦁ 결함의 종류와 밀도에 따른 발광 파장과 강도의 제어 가능성을 확인
□ 결함 엔지니어링을 통한 결함 및 밴드구조 제어
⦁ 열처리 및 플라즈마 처리 조건을 제어하여 결함과 밴드구조의 변화에서 도출된 발광 특성의 평가 및 제어 가능성 확인
⦁ 특정 에너지를 가지는 결함의 밀도를 변화시켜 발광 스펙트럼의 파장과 강도 제어 가능
⦁ 광전자 분광법을 이용하여 hBN에서 붕소와 질소의 위치에 산소가 치환된 결함이 형성됨을 확인
⦁ 생성된 결함으로 hBN의 밴드갭이 감소하고 밴드갭 내부에 결함의 특정 에너지 준위가 형성되어 전기적 특성이 변화함을 확인
□ 결함을 이용한 발광 소자 개발
⦁ 그래핀 전극과 결함이 형성된 hBN 발광층을 적층한 이종접합 구조 발광 소자를 제작
⦁ 플라즈마 처리 조건을 제어하여 다양한 발광 파장을 가지는 결함을 형성하여 가시광에서 자외선까지 광범위한 발광 파장을 구현
⦁ 결함에 따른 발광 파장의 제어뿐 아니라 resistive switching 현상도 확인하여 발광 소자 및 메모리 소자의 가능성 확인

□ 연구개발결과의 중요성
2차원 절연체에서 자연적으로 존재하는 결함과 이에 따른 발광 특성에 관한 기존의 연구를 확장하여 결함을 직접 형성하고 종류와 밀도를 제어하여 발광 특성을 조절할 수 있는 기술을 개발함. 이렇게 결함의 종류와 밀도를 제어하여 형성한 이 생성된 defective hBN을 발광층으로 가지는 이종 접합구조 발광 소자를 개발하여 결함의 종류에 따라 소자에서 발광 파장을 제어할 수 있음을 확인함. 또한, 이 발광 소자의 발광 파장이나 강도를 전계로 제어할 수 있어 새로운 개념의 전계 제어 발광 소자 제작이 가능함을 최초로 증명함. 2차원 절연체에 결함을 형성하여 발광 특성을 제어하고 이를 활용한 소자 제작 연구는 2차원 물질 연구의 새로운 연구영역으로 확장될 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• (1) 2차원 절연체의 0차원 결함 생성 및 광특성 평가 ... 5
• □ 열적 활성화를 통한 결함 생성 ... 5
• □ 절연파괴 또는 터널링 전류를 통한 결함 생성 ... 5
• (2) 발광 특성 제어를 위한 결함 엔지니어링 및 나노패터닝 기술 개발 ... 7
• □ 열처리와 플라즈마 조건에 의한 결함 밀도 제어 ... 7
• □ 결함의 에너지 준위와 UV PL의 연관성 분석 ... 7
• □ XPS를 통한 화학 조성 및 결함의 분석 ... 8
• □ 결함에 의한 밴드갭 제어 ... 9
• □ 2차원 수직적층 구조의 패터닝을 위한 그래핀 식각 마스크 개발 ... 10
• (3) 2차원 절연체 기반 이종 접합구조 발광 소자 개발 ... 11
• □ 플라즈마를 통해 형성한 결함을 이용한 발광 소자 개발 ... 11
• □ 전계에 의해 형성된 결함을 가지는 NUV hBN 발광 소자 개발 ... 12
• □ hBN 내부 결함에 의한 resistive switching 거동 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• □ 0차원 결함 형성기술 개발 ... 13
• □ 결함 엔지니어링을 통한 결함 제어 ... 14
• □ 이종 접합구조 발광 소자 개발 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 30
• 끝페이지 ... 41