| 신형 적외선 상향변환 소자 개발 | ||
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 상하이과기대학교 물질대학 닝즈쥔(宁志军) 연구팀은 콜로이드 양자점 재료를 기반으로 신형 저원가 고검출률의 적외선 상향변환 소자를 개발했다. 해당 성과는 "Nature-Electronics"에 게재되었다. 근적외선 광전 검출 및 이미징 소자는 생물 검사, 정보 통신, 군사, 기상 등 분야에서 중요한 역할을 하지만 복잡한 집적 프로세스가 적외선 이미징 시스템의 개발을 제한한다. 적외선 상향변환 소자는 일종의 대안 솔루션으로 적외선을 가시광 성상으로 직접 변환할 수 있다. 연구팀은 콜로이드 양자점 재료를 사용하여 적외선 상향변환 소자의 적외선 흡수층과 가시광 방출층을 구축하였다. 용액법 처리 가능 특성 덕분에 최상위 전극을 제외한 전체 적외선 상향변환 소자는 모두 용액법을 이용하여 제조함으로써 소자의 제조 과정을 최대한 간소화하였다. 연구팀은 적외선 상향변환 소자의 광자-광자 변환 효율을 향상시키기 위해 ZnO 전자 수송층에 은나노 입자를 도입했다. 적외선 입사가 없을 경우, ITO 전극과 ZnO 사이에는 큰 장벽이 있어 정공이 ITO에서 ZnO로 주입될 수 없으며 전류가 아주 작다. 적외선이 입사될 경우, 광발생 전자는 Ag 나노 입자에 의해 포획되며 ITO와 ZnO의 계면에 응집되어 소자 계면의 에너지대 만곡도를 증가시키고 장벽 폭을 감소시키며 ITO의 정공이 대량으로 ZnO에 주입되어 전류 배증을 달성한다. 이러한 증익 메커니즘에 기반한 콜로이드 양자점 적외선 검출기의 외부 양자 효율은 8,000%에 달할 수 있고 검출률은 6×1,012Jones에 달하며 응답 속도는 밀리초 단위이다. 이는 기존에 보고된 콜로이드 양자점 적외선 광전 검출의 최고 성능과 대등하다. 아울러, 연구팀은 해당 고효율 적외선 광전 검출기와 콜로이드 양자점 발광 다이오드를 결합하여 적외선 상향변환 소자를 개발하여 6.5%의 광변환 효율을 달성했다. 이는 용액법으로 제조한 양단 적외선 상향변환 소자에서 최고이며 소자의 시동 전압은 2.5V에 불과하다. 연구팀은 해당 소자의 생물의학 영상 분야에서의 응용을 탐색했다. 적외선 상향변환소자를 이용하여 생쥐 유방조직에 적외선을 조사한 결과, 정상 조직과 암 조직을 뚜렷하게 구별할 수 있었으며 적외선 상향변환소자의 생물 성상 분야에서의 양호한 응용 전망을 보여주었다. 또한, 최초로 유연성 적외선 상향변환 소자를 제조하였으며 웨어러블 전자 소자에 응용될 전망이다. 정보출처 : http://www.cas.cn/cm/202004/t20200403_4739763.shtml?tdsourcetag=s_pctim_aiomsg |
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