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차세대 조명 디바이스와 신에너지 관련 기술개발

전문가 제언: ○ ZnO는 화합물 반도체로 3.37eV 밴드-갭 에너지를 가지며, 실온에서 결합 에너지가 60meV로서 열에너지(26meV)보다 크다. 그간 압전체, 화장품, 백색안료 등에 사용되었으나 고품위 단결정 및 박막성장 기술개발이 진행되면서 주목받고 있다. 최근에 태양전지, 레이저, 발광다이오드 등 광전자 소자에 이르기까지 다양한 분야에서 응용이 연구되고 있다.

○ 나노구조의 ZnO 재료도 전자, 광학, 촉매, 센서 응용 등에 큰 잠재력을 가지고 있어 주목받고 있다. 그중에서도 1차원 반도체인 ZnO 나노로드는 짧은 파장의 광기능 나노소자에 높은 효율을 가지고 있고, 청색 및 자색 빛의 발광소자와 레이저 다이오드로 주목받고 있다. ZnO를 이용한 발광소자는 GaN을 대체할 것으로 기대된다. 그러나 고품질 p형 박막제조가 어려워 실용화에 이르지 못하고 있다.

○ 일본 Shimane현이 문부과학성의 지역 이노베이션 전략지원프로그램의 지원을 받는 공동연구 과제이다. 발광·태양전지·환경부하 저감기술에 관련된 재료와 응용제품에서 차별화기술 확립을 목표로 하는 연구프로젝트이다.

○ 이 연구 프로젝트에서 가스증발법으로 생성된 질소도프 ZnO 나노입자를 이용한 도포형 LED가 개발되었다. 질소는 ZnO에 대해서 억셉터 불순물이기 때문에 p형으로서 작용이 기대된다. 이 공동연구 사업에서는 ZnO 박막·나노입자를 포함한 산화물 재료기술을 핵심으로 차세대 조명, 투명 전도막, 의료·식품응용 기술개발에 대한 내용을 설명하고 있다.

○ 국내 경우 ZnO 관련 재료연구는 연구소, 대학 등에서 기초연구를 하고 있고 성과물이 발표되고 있다. 다만 연구 인력이나 연구비 한계로 광소자 전반에 걸쳐 연구가 진행된 것은 아니고 실제 수요와 시장이 존재하는 광통신 소자에 많이 집중되어 있다. 향후 ZnO 재료의 연구는 단순한 물성이나 합성을 넘어서 실용화와 응용연구로 이어져야 한다. 실용화에는 박막, 결정, 나노재료의 대량 합성공정 개발이 중요할 것으로 보이며 관련 연구자들의 관심과 노력이 요구된다.

저자: Yasuhisa Fujita
자료유형: 학술정보