• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.197.1-197.1
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• 2015

현재 화합물 반도체 나노구조는 적외선 검출기, 레이저, 발광 다이오드, 단전자 트랜지스터, 태양전지 등과 같은 고효율 광전자 소자에서의 응용을 위해 활발한 연구가 진행 되고 있다. 특히 양자점은 3차원으로 구속되어 있는 상태 밀도를 갖고 있어 레이저 응용 시 낮은 문턱 전류 밀도, 높은 이득, 높은 열적 안정성을 기대되고 있다. 하지만 양자점의 크기가 불규칙적이고 운반자 수집의 한계로 인하여 기대 이하의 온도 안정성을 갖고 있어 이를 극복하기 위해 양자점의 크기와 운반자 수집을 제어하기 위해 다양한 방법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 분자 선속 에피 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE)과 원자 층 교대 성장법(Atomic Layer Epitaxy; ALE)으로 크기가 다른 CdTe/ZnTe 이중 양자점을 ZnTe 장벽층의 두께에 변화하면서 성장 후 광학적 특성을 연구하였다. 저온 광루미네센스 측정(Photoluminescence; PL) 측정 결과 장벽층 두께가 작아질수록 작은 양자점의 광 루미네센스의 세기가 감소하면서 큰 양자점의 세기가 증가하는 것을 관찰할 수 있었는데, 이는 장벽층 두께가 작아질수록 작은 양자점의 운반자들이 큰 양자점으로 이동되는 양이 많아지기 때문이다. 또한 장벽층 두께가 작아질수록 큰 양자점의 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)이 단층 양자점의 반치폭 보다 감소하는 것을 관찰 할 수 있었는데 이는 작은 양자점과 결합된 큰 양자점이 작은 양자점의 strain을 받아 크기의 균일함이 증가했기 때문이다. 이와 같은 결과 두 양자점이 결합된 이중 양자점 구조가 단층 양자점의 한계인 운반자 수집과 크기의 균일함을 향상할 수 있는 좋은 구조임을 제시하고 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.154-154
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• 2011

자발형성법(Self-assembled)을 이용한 InAs 양자점(Quantum dots)은 성장법의 고유한 물리적 한계로 길이방향에 대한 수직방향 비율(Aspect ratio, AR)이 상대적으로 작은 값을 갖는다. 기존에 보고된 바에 따르면 GaAs 기판에 형성한 InAs 양자점은 일반적으로 AR이 0.3 정도를 보인다. 이러한 높이가 상대적으로 낮은 InAs 양자점은 수직방향으로 운반자(Carrier)의 파동함수 (Wave-function) 구속이 작게 되어 나노 양자점 구조의 0차원적 특성이 저하되게 된다. 본 논문에서는 Arsenic 차단법(Interruption technique)을 이용한 수정자발형성법(Modified self-assembled method, MSAM)으로 InAs 양자점(MSAM-InAs 양자점)을 형성하고 성장 변수에 따라 광 및 구조적 특성을 평가하여 0차원 순도를 분석하였다. MSAM InAs 양자점을 성장하고 12 nm 두께의 GaAs spacer 층을 증착한 후 $600^{\circ}C$에서 30초 동안 Arsenic 분위기에서 열처리(Annealing)를 수행 한 후 다시 InAs을 증착 하였다. 이러한 과정을 5번 반복하여 높이 방향으로 형상을 개선시킨 InAs 양자점을(Vetically-controlled MSAM, VCMSAM) 성장하였다. 기존 자발형성법을 이용한 InAs 양자점과 MSAM-InAs 양자점 단일층 구조를 기준시료로 성장하였다. 상온 포토루미네슨스(Photoluminescence, PL) 실험에서 단일 MSAM InAs 양자점 및 VCMSAM 양자점 시료의 발광에너지는 각각 1.10 eV와 1.13 eV를 나타내었다. VCMSAM InAs 양자점 시료의 PL세기는 단일 MSAM 양자점보다 3.4배 증가되어, 확연히 높게 나타나는 결과를 보였다. 이러한 결과는 높이 방향으로 운반자의 파동함수 구속력이 증가하여 구속준위 (Localized states)의 전자-정공의 파동함수중첩(Overlap integral)이 개선된 것으로 설명할 수 있다. 투과전자현미경(Transmission electron microscopy) 및 원자력간 현미경(Atomic force microscopy)을 이용하여 구조적 특성을 평가하고 이를 비교 분석한 결과를 보고한다.

• Information Display
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• v.20 no.1
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• pp.5-14
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• 2019

양자점 발광소자 기술은 지난 20여년 동안 급격한 발전이 이루어졌으며, 이는 양자점 발광체 및 소자기술 전반에 대한 집중적인 연구의 결과로 생각할 수 있다. 그러나 양자점 발광소자기술의 상용화를 위해서 해결해야 할 문제는 소재(예: 무중금속 양자점 구현, 대량생산 등) 및 소자(예: 수명문제, 대면적 프린팅문제, 효율저하문제)에 걸쳐 산적해 있다. 본 기고문에서는 이상의 다양한 문제 중 양자점 발광소자의 효율저하문제를 집중적으로 다루었다. 비록 양자점 나노구조체의 제어 및 발광소자 연구가 여전히 카드뮴 기반 양자점을 바탕으로 한 기초연구영역에 머물러 있지만, 향후 친환경 양자점 합성기술이 본격적으로 발전하게 된다면 우수한 효율과 안정성을 보이는 양자점 발광소자가 구현되리라 기대된다.

• Review of KIISC
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• v.30 no.3
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• pp.5-10
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• 2020

본 논문에서는 특정 격자문제와 관련하여 고전계산 알고리즘에 비해 지수적으로 빠르게 문제를 해결하는 최신 양자계산 알고리즘들을 소개한다. 먼저 물리적, 전산학적 문제들을 대수적으로 정형화하는 숨은 부분군 문제의 개념을 소개하고, 양자계산 알고리즘이 효율적으로 해결하는 숨은 부분군 문제들을 통하여 기존 암호체계에 영향을 줄 수 있는 양자계산 알고리즘의 부류에 대해 알아본다. 아울러 격자문제와 관련이 있는 다항시간 양자계산 알고리즘의 연구에 대한 전반적인 성과를 정리하고, 격자문제에 기반한 post-quantum cryptography가 갖추어야 할 기본 요건에 관하여 논한다.

• Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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• 2003.02a
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• pp.186-187
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• 2003

실리콘을 기반으로 한 광학적 능동매질에 대한 연구는 학문적으로나 산업적으로 큰 중요성을 갖고 있다. 최근 실리콘 양자점을 이용한 연구에서는 상온에서도 활용 가능한 광학적 이득을 얻게 되었는데, 이를 이용한 LED가 보고되었으며 실리콘을 기반으로 한 레이저의 실현 가능성도 제기되고 있다. 실리콘 양자점에서 나오는 빛을 이용하는 것은 양자점이 제공하는 크기 효과를 이용하여 원하는 영역에서 원하는 광학적 이득을 얻을 수 있다는 장점이 있으나, 기술적으로는 고난도의 크기 제어가 필요하다는 어려움이 있다. (중략)

• Information Display
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• v.20 no.1
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• pp.15-22
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• 2019

양자점 발광소자를 이용한 다양한 미래 지향적 디스플레이 기술에 관하여 간략히 짚어보았다. 플렉시블 디스플레이부터 최근 이루어진 초박형 디스플레이, 스트레쳐블 디스플레이 등을 소개하였고 초박형 디스플레이의 경우 얇아진 두께로 인하여 얻어지는 많은 장점들을 살펴보았고, 스트레쳐블 디스플레이의 경우, 주름 형태의 소자부터 AC-EL 방식으로 양자점의 색 변환을 이용한 소자들을 살펴보았다. 아직까지 해결하고 탐구해야 할 주제들이 많이 있으며 실용화까지도 다소 많은 해야 할 일들이 남아있다. 또한, 향후 기대가 되는 다기능 발광소자에 관해서 살펴보았다. 기존의 구형의 코어/쉘 형태의 양자이라는 정형화된 생각을 넘어 새롭게 양자점을 디자인함으로써 새로운 응용에 대하여 제시할 수 있었다. 이러한 새로운 응용을 통해 4차산업에서도 필수적인 통신, 센서 등의 역할을 동시에 수행할 수 있는 신개념 디스플레이를 알아볼 수 있었다. 앞으로 미래 디스플레이, 차세대 디스플레이 분야 등에서 광학적, 화학적, 전기적 우수한 특성을 갖는 양자점을 적용시키는 연구는 점점 많아지고 중요한 역할을 할 것으로 기대되며 특히 전계발광 소자로써 응용을 위하여 많은 연구진이 힘을 쏟고 있다. 친환경 조성의 높은 광효율을 갖는 양자점을 제조하고, 소자 측면에서 본질적인 성능 향상이 무엇보다 중요하기도 하겠지만 이와 함께 미래 지향적인 디스플레이 기술로서 양자점을 새롭게 응용하고 다양하게 적용시켜 보는 일은 향후 우리 미래의 삶에 큰 변화를 가져다 줄 수 있는 중요한 일이 될 것이라고 조심스럽게 예측해 본다.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.16 no.1
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• pp.84-87
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• 2006

We suggest a procedure entangling two spin-1/2 particles at distant positions such that they cannot be directly entangled via local interaction. An already entangled pair is used to transfer the entanglement to another pair of particles by way of interaction. This scheme of nonlocal generation of entanglement can be used in the construction of a two-qubit universal gate.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2014.03a
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• pp.15-27
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• 2014

양자화학 (quantum chemistry)을 처음 접했을 때, 이전까지의 고전역학 (classical mechanics)에 익숙한 대다수의 학생들은 양자화학을 받아들이는 데 어려움을 겪는다. 모형계에 양자역학 (quantum mechanics)을 직접 적용하여 봄으로써 생소한 양자 개념에 대한 이해를 도울 수 있다. 본 논문에서는 양자동역학 (quantum dynamics)을 수치적으로 구현하는 계산 프로그램을 모형계에 적용하여 양자 개념을 설명할 수 있는 몇 가지 예를 보이고자 한다. 1 차원 시간의존 슈뢰딩거 방정식 (1-D time-dependent $Schr{\ddot{o}}dinger$ equation)의 해를 얻어 양자동역학을 구현하였으며, 그에 해당하는 고전동역학은 뉴턴 방정식 (Newton's equation)의 해로 얻어졌다. 조화 진동자 퍼텐셜 (harmonic oscillator potential), 모스 진동자 퍼텐셜 (Morse oscillator potential), 이중 우물 퍼텐셜 (double-well potential), 네모 퍼텐셜 장벽 (rectangular potential barrier), 그리고 에카트 퍼텐셜 (Eckart potential)에 대한 계산을 수행하였다. 두 가지 동역학을 비교하기 위하여 계산 결과의 시각화 (visualization)를 이용하고 동역학 특성의 차이를 비교하는 차별화 (differentiation)를 강조한다. 영점에너지 (zero-point energy), 위상어긋남 (dephasing), 터널링 (tunneling), 그리고 반사 (reflection) 현상과 같은 양자동역학의 특징을 고전동역학과 비교함으로써 직관적인 이해를 도울 수 있었다. 이러한 결과는 양자화학에 입문하는 학생들을 대상으로 쓰일 수 있는 효율적인 강의 모델을 제시할 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.352.1-352.1
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• 2016

양자점은 나노미터 크기의 반도체 결정으로 밴드갭에 따라 광학적, 전기적 성질이 달라지는 독특한 성질을 가지는 형광물질으로 활발히 연구되고 있다. 중금속을 기반으로 한 양자점은 높은 발광효율과 광안전성을 가지며, 가시광선 영역에서 빛을 내는 특징을 가지고 있다. 그러나 중금속을 사용하기 때문에 독성이 있어 인체나 환경에 유해하여 응용 연구에 제한적이다. 반면에, 탄소 기반의 양자점은 중금속 기반의 양자점과 비슷한 성질을 가질 뿐만 아니라, 높은 용해도와 낮은 독성으로 인해 생체적합성이 높다는 장점이 있다. 이를 이용하여 발광다이오드(LEDs), 태양전지, 광촉매 뿐만 아니라 바이오이미징, 바이오센서 등 생물학분야에도 응용 될 수 있다. 본 연구에서는 Bottom-up 합성 방법으로 유기전구체를 이용하여 질소를 함유하고 있는 양친매성 탄소 양자점(N-GQDs)을 합성하였다. 합성에 사용한 유기전구체는 기존에 보고된 유기전구체와 다르게 반응 진행 중에도 pH 측정 결과 중성을 나타내며, 반응 온도($225^{\circ}C$)와 유사한 온도에서도 pH 값은 여전히 6.0 이상의 값을 나타냈다. 중성을 띄는 특징으로 인해 추가적인 산제거 과정이나 표면안정화 과정이 필요 없다는 장점을 가지고 있다. 합성된 N-GQDs는 높은 결정성의 원형구조를 가지며, 원자힘현미경(AFM) 분석을 통해 높이가 ~ 1.5 nm 미만으로 3층 이하의 두께로 형성되었음을 확인하였다. 또한, 적외선 분광법(FT-IR) 분석을 통해 O-H기, 방향족 고리의 C = C (또는 C = N)기 및 C-N기가 각각 ~3250, ~1670과 ~1140 cm-1에서 확인할 수 있다. 합성된 양자점을 유기태양전지의 active layer에 소량(2 wt%) 첨가하여 양자점의 광학적, 전기적 성질을 확인하였다. 비교군 유기태양전지보다 N-GQDs가 첨가된 유기태양전지의 외부양자효율(PCE)이 7.3%에서 8.4%로 약 20%가 증가하는 것을 보였다. 이는 양자점이 상대적으로 흡수가 약한 단파장 영역의 빛을 흡수하고 PL을 내어 active layer로 에너지 트랜스퍼 현상이 일어나 전자전달을 원활하게 해 주기 때문이다. 앞으로 본 연구의 가능성과 추가적인 연구를 통해 더 많은 분야에 응용되기를 기대한다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.116-116
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• 2010

단일 양자점의 특성 분석 및 이를 활용한 단광자 광원 등으로의 응용에 있어서 표면밀도 및 크기 등이 의도대로 조절된 양자점 성장이 필수적이며, 이와 관련하여 근적외선 파장 영역에서 발광 성분을 갖는 InGaAs/GaAs 양자점 시료를 MEE (Migration Enhanced Epitaxy) 기법으로 성장하였다. 이 때, 30 초 120 초 사이의 migration enhancing time 변화에 의하여 약 $350\;QDs/{\mu}m^2$에서 $3\;QDs/{\mu}m^2$ 사이의 범위로 양자점 표면 밀도가 조절되었으며 양자점의 크기도 변화하는 것을 확인하였다. 별도로 capping layer를 성장하지 않은 양자점 층에 대한 AFM 측정을 통하여 양자점의 크기를 예측하였으나, 실제 시료의 양자점 크기는 capping layer 성장시의 온도 및 압력에 따른 영향이나 물질 조성의 불균일성 등으로 인해 달라질 수 있으므로 비파괴 검사방법인 광발광 측정으로써 실제 양자점의 특성을 검증할 필요성이 존재한다. 먼저 양자점의 크기가 커짐에 따라 기저상태의 에너지 밴드갭 크기가 감소하는 경향이 있음을 확인하였다. 이는 양자점이 클수록 양자구속 효과가 작아지는 일반적인 경향과 일치한다. 또한, 양자점의 크기 차이에 따른 기저상태 및 고차 여기 상태의 에너지 밴드갭 차이의 변화 경향을 분석하였다. 일반적으로 양자점의 크기가 줄어들면 양자구속효과 또한 빠르게 증가하다가 결국에는 에너지 장벽(barrier)의 에너지 준위에서 포화상태에 도달하게 된다. 이러한 양자점 크기에 따른 양자구속효과 크기의 변화는 고차 여기 상태일수록 더욱 빠르며, 결국에는 양자 구속효과가 없어지는 상태(unbound exciton)에 이르기도 한다. 따라서 기저상태의 에너지 밴드갭은 양자점이 커짐에 따라 단조감소 경향을 보이나, 변화율의 차이 때문에 기저상태와 1차 여기상태의 에너지 차이인 level spacing 값은 단조감소 경향이 아닌 종 모양의 경향성을 보이며 측정 결과 또한 이와 일치하였다. 이와 같이 migration enhancing time의 조절로 광자와 상호작용하는 실질적인 양자점의 크기가 의도대로 조절되었음을 비파괴 광측정법으로 확인하였다.