차세대 2차원 나노소재 기반 광검출기*의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다.
* 광검출기: 반도체 물질에 입사된 빛은 반도체 물질 내에서 정공 및 전자를 생성시키는데 이 정공/전자쌍을 가해진 전계에 따라 흐르게 하여 전류를 생성시키는 소자

한국연구재단(이사장 정민근)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받은 박진홍 교수 연구팀(성균관대)이 차세대 반도체 소재로 관심을 모으고 있는 2차원 나노반도체의 도핑**기술과 이종 물질 간 적층기술을 활용하여 세계 최고 수준의 광응답성***(1.27×106A암페어/와트(A/W)을 갖는 고성능 광검출기를 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.
 ** 도핑: 전자나 정공의 농도를 조절해 반도체의 특성을 바꾸는 과정   
*** 광응답성: 입사된 빛의 단위 세기 당 생성된 전자 및 정공에 의해 흐르는 전류의 크기로서, 광검출기의 특성을 평가하는 가장 대표적인 인자임.         

2차원 나노반도체는 물질의 종류에 따라서 일반적으로 한 가지의 동작특성(n-형 또는 p-형****)만을 갖기 때문에 도핑을 통해 반도체의 동작특성을 다양하게 조절하여 광검출기 및 트랜지스터와 같은 응용소자의 성능을 향상시키는 것이 연구과제였다. 또한 기존 2차원 나노반도체와 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 절연물질과의 계면 저품질***** 문제로 본래의 광검출기 및 트랜지스터 소자 성능을 제대로 발휘하기 어렵다는 한계점도 있었다.
**** n형 또는 p형 : 반도체의 전기 전도현상을 지배하는 주된 운반체가 전자(electron)인 반도체를 n-형, 반대로 전자가 아니라 정공(hole)인 반도체를 p-형 이라고 함.
***** 계면 저품질 : 반도체와 절연물질 간 계면의 특성은 계면에 존재하는 결함 밀도로 결정되는데, 계면 결함 밀도가 큰 경우 계면의 품질이 낮다고 볼 수 있음.  

연구팀은 p-형 동작특성을 갖는 2차원 나노반도체 물질인 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 표면에 트리페닐포스핀******(PPh3)을 얇게 코팅하는 방식으로 전자를 공급하는 n-형 도핑기술을 적용하여 반전된 n-형 광검출기를 구현하는 데 성공했다. 
 ****** 트리페닐포스핀(PPh3): 1개의 인 원자와 3개의 페닐기로 이루어진 물질로, 인 원자의 고립 전자쌍을 이용한 전자 공급을 통하여 2차원 나노반도체 물질에 n-형 도핑 현상을 일으킬 수 있음.

동작특성이 반전된 광검출기의 광응답성 분석은 이번이 처음으로, 기존 p-형 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 광검출기보다 한 단계 높은 광응답성을 확인하였다.

또한 2차원 절연물질인 육방정 질화붕소(h-BN)*******에 2차원 나노반도체를 쌓은 수직 적층 구조를 활용하여 이종 물질 사이에서 굉장히 낮은 결함밀도를 갖는 고품질 계면을 만듦으로서 광응답성을 획기적으로 향상시켰다.
******* 육방정 질화붕소(h-BN): 백색의 흑연이라고 불리는 신소재로서 흑연과 비슷한 육방정계 구조를 갖고 있어 화학적, 물리적 성질이 흑연과 비슷함. 그러나 흑연은 전기적으로 도체인 반면에 육방정 질화붕소는 전기적으로 뛰어난 절연체임.

기존 이황화몰리브덴(MoS2) 기반 광검출기 소자에서 보고된 것과 비교하면 광응답성이 약 25배 증가한 것으로 1.27×106 암페어/와트(A/W)를 갖는 고성능 광검출기를 구현하여 매우 약한 세기의 빛도 검출할 수 있게 되었다. 

이는 도핑 및 적층기술이 적용되지 않은 p-형 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 광검출기의 광응답성 2.43×105암페어/와트(A/W)과 비교하면 약 5배 향상된 결과로 나타나 우리 기술의 우수성을 보여 주었으며, 일반적으로 널리 사용되는 반도체 물질인 실리콘(Si) 및 갈륨비소(GaAs) 기반의 광검출기보다는 백만(106)배 이상 높은 수치이다.

박진홍 교수는 “2차원 나노반도체의 뛰어난 광응답 특성을 한 단계 향상시킴으로써 차세대 광전소자 개발 및 광계측/센서 산업 발전에 크게 기여할 것”이라며 연구의 의의를 설명했다.