광컴퓨터·초소형 광통신에 적합
현재 일반적인 반도체 기반 전자소자·회로의 경우 크기는 수십 나노미터 이하인 반면 속도는 10㎓를 넘기 어려웠다. 반면 광소자의 경우 100㎓에 달하는 높은 속도를 얻을 수 있는데 기본 크기가 수백 나노미터에 달한다. 이런 두개의 단점을 이번에 극복한 것이다.
연구팀은 이번 연구를 통해 표면 플라즈몬 광도파로를 기반으로 광신호를 빛의 파장보다 훨씬 작은 공간에서 자유롭게 조작할 수 있는 광집적회로(단면 80x150㎚2)를 구현하는데 성공한 것이다. 표면 플라즈몬은 유전체와 금속 경계면을 따라 존재하는 금속 자유전자의 진동으로 금속 표면에 강하게 집속된 전기장을 형성한다. 광도파로는 광섬유처럼 빛을 특정 공간 내에 가두어 전달하는 소자이다.
이번에 개발된 광집적회로는 지금까지 보고된 광집적회로들 가운데 가장 작은 것으로 광소자의 빠른 처리속도와 전자소자 수준의 소형화를 동시에 구현할 수 있다. 표면 플라즈몬을 이용하는 광소자는 파장보다 10배 이상 작은 수십 나노미터 영역에 빛을 가두거나 조작할 수 있어 고집적, 고성능 광전자소자는 물론 고효율 발광다이오드, 태양전지, 바이오센서 등의 구현에 많은 주목받아 왔다.
연구팀은 광도파로에 빛을 발생시키는 물질을 직접 결합시키고 표면 플라즈몬을 매개하는 금속 구조를 전류 주입을 위한 전극으로 동시에 이용하는 방식으로 크기를 최소화시켰다.
서 교수는 "개발된 전기 구동 표면 플라즈몬 광집적회로는 광소자의 집적도를 크게 높인 것이 성과"라며 "앞으로 초고속, 초고집적 표면 플라즈몬 변조기와 검출기 개발 등을 통해 광컴퓨터 개발에 한 걸음 더 나아갈 수 있을 것"이라고 말했다.
정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr
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