저널커버디자인 / Applied materials&interfaces / December 17, 2025 Volume 17, Issue 50

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c16066

ACS Infectious Diseases 에서 커버 디자인으로 선정이 되었습니다.

Abstract

혼합 차원 MoS₂–InGaN/GaN 양자우물 헤테로접합에서의 층간 엑시톤 관측

화합물 반도체와 전이금속 칼코게나이드(TMD) 사이의 혼합 차원 헤테로접합(HJ)은 계면 엑시톤 동역학을 조절하기 위한 다재다능한 플랫폼을 제공한다. 화합물 반도체는 넓은 스펙트럼 범위에 걸친 밴드갭 조절을 가능하게 하는 정밀한 조성 제어가 가능하지만, 엑시톤 결합 에너지가 작아 상온에서의 엑시톤 안정성이 제한된다. 이러한 한계는 강한 양자 구속 효과와 감소된 유전 차폐를 지닌 TMD와 화합물 반도체를 결합한 혼합 차원 헤테로접합을 통해 극복할 수 있으며, 이를 통해 향상된 빛–물질 상호작용을 갖는 안정적인 층간 엑시톤 형성이 가능하다.

본 연구에서는 층간 엑시톤 거동을 조사하기 위해, 삼중층 MoS₂와 Al₂O₃/InGaN/GaN 단일 양자우물(QW)을 결합한 혼합 차원 헤테로접합을 구현하였다. 양자우물에서의 양자 구속 효과는 캐리어를 헤테로 계면 근처에 국소화시켜, 층간 엑시톤 상태를 직접적으로 관측할 수 있게 한다. 저온 광발광 측정 결과, 2.02 eV에서 뚜렷한 방출 피크가 관측되었으며, 이는 헤테로 계면에서 층간 엑시톤이 형성되었음을 시사한다. 본 연구에서 제시한 접근법은 혼합 차원 시스템에서 엑시톤 동역학을 설계하기 위한 새로운 전략을 제공하며, 계면 엑시톤 동역학을 정밀하게 제어하는 차세대 광전자 소자 응용에 중요한 시사점을 제공한다.