UNIST, 휠수록 신호 강해지는 광소자 개발

울산과학기술원(UNIST)과 아주대 공동 연구팀이 기기를 구부리면 빛 변환 신호가 오히려 강해지는 아주 얇은 형태의 광 변환 소자를 개발해 초소형 웨어러블기기 상용화에 한 걸음 다가갔다.

울산과학기술원 물리학과 박형렬·남궁선 교수팀은 18일 아주대 물리학과 안영환 교수팀과 함께 구부러지면 더 신호가 강해지는 초박막 광 변환 소자를 개발했다고 발표했다.

광 변환 기술은 흔히 보이는 레이저나 정밀 광학 장비 등에 이미 쓰이는 기술이지만, 빛을 두꺼운 매질에 통과시켜 조절하는 방식이어서 기기 크기를 작게 만들기 어렵다.

이황화몰리브덴과 같은 얇은 2차원 반도체를 이용한 광 변환 소자 개발이 주목받는 이유다. 하지만 이황화몰리브덴은 워낙 두께가 얇다 보니, 구부러지거나 잡아당기면 이미 약한 신호가 더 약해진다.

연구팀은 광 소자 구조에 가는 틈을 만들어 소자의 내구성을 높이고, 구부렸을 때 오히려 변환 신호가 더 강해지도록 설계했다. 이 소자는 유연 기판 위에 금속 박막, 이황화몰리브덴이 순차적으로 쌓여 있는 형태로, 이황화몰리브덴은 금속 박막 사이에 만들어진 20㎚(나노미터·1㎚=10억분의 1m) 간격의 틈 위에 올려져 있다.

실험에서 이 소자는 800㎚ 빛을 400㎚의 제2고조파 신호로 변환했으며, 안쪽으로 구부려 약 1.2%의 압축 변형을 가하자 변형 전보다 신호가 약 3배로 증가했다.

반복 굽힘 실험에서도 190회 이상 사용했을 때 95% 이상의 신호 강도를 유지했다. 박형렬 교수는 “초소형 웨어러블 센서와 유연 광학기기 개발에 큰 도움이 될 것”이라고 전망했다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com