Update2025.01.10 (금)
KAIST(총장 이광형) 연구팀이 아발란체 전자 증폭 기술을 개발하여 차세대 양자 기술을 제시했다.
KAIST는 전기 및 전자공학부 이정용 교수 연구팀이 콜로이드 양자점(화학적 방식으로 합성된 반도체 나노입자로 전도띠와 원자가띠를 가짐)을 활용해 적외선 광자 흡수를 통하여 85배의 전자를 생성할 수 있는 아발란체 전자 증폭 기술(전기장이 인가된 반도체에서 전자가 가속되어 인접 원자와 충돌을 통해 다수의 전자를 생성하는 신호 증폭 기술)을 개발했다고 8일 밝혔다.
김윤후(왼쪽 첫번째) KASIT 전기및전자공학부 박사과정생이 김병수 정보전자연구소 박사, 이정용 KAIST 전기및전자공학부 교수와 함께 아발란체 전자 증폭 기술을 발표하고 있다. [사진=KAIST]
콜로이드 양자점은 화학적으로 합성된 반도체 나노입자로, 적외선 센서의 유망한 후보로 주목받고 있다. 이 기술은 열잡음 억제와 같은 장점이 있지만, 전하 이동도가 낮고 표면 결합 불완전성으로 인해 전하 재결합이 촉진되는 한계가 있었다.
연구팀은 강한 전기장을 이용해 전자를 가속하고, 이를 통해 인접 양자점에서 추가 전자를 생성하는 방식으로 기존 기술의 한계를 극복했다. 이 기술로 상온에서 적외선 광 검출 시 신호를 85배 증폭시키고, 1.4×10¹⁴ Jones 이상의 탐지 감도를 구현했다. 이는 일반 야간 투시경의 민감도보다 수만 배 뛰어난 성능이다.
양자점 소재 및 소자에서의 아발란체 전하 증폭 메커니즘 개요도 [이미지=KAIST]
제1 저자인 김병수 KAIST 박사는 "양자점 아발란체 소자는 기존 연구에서 찾아볼 수 없는 신개념 기술로, 이를 바탕으로 자율주행, 양자컴퓨팅, 의료 영상 시장을 선도할 수 있는 벤처 기업의 육성이 가능하다"고 밝혔다.
김병수 KAIST 정보전자연구소 박사와 이상연 IMEC의 박사 및 고현석 한국세라믹기술원의 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 12월 18일 자 온라인판에 게재됐다.
권소윤 기자
