그래핀은 성공적으로 제조된 이후 그 우수한 재료 성능으로 인해 광범위한 분야에서 주목받아 왔으며, 특히 빠른 광전자 반응 속도, 넓은 스펙트럼 흡수 및 크기 이점 등의 특성을 가지고 있어 미세·나노 광전자 검출기 제작에 이상적인 재료 중 하나입니다. 현재 그래핀 광전자 검출기는 이미 실현되었으나, 전통적인 구조를 기반으로 한 그래핀 검출기는 광 흡수 효율이 낮고 광전자 반응성이 떨어지는 문제를 가지고 있습니다. 플라스몬을 이용한 광 흡수 증강은 실행 가능한 기술 경로이나, 미세·나노 구조가 너무 복잡하고 비용이 높으며 성능이 부족한 문제점이 존재합니다. 본 논문에서는 Au 격자/그래핀/h-BN/SiO₂ 기반 이종 구조를 제안하며, h-BN과 적외선 광과의 상호작용으로 발생하는 포논 폴라론 플라스몬 효과를 이용해 적외선 광을 그래핀에 위치시켜 그래핀과 이종 구조 전체의 흡수율을 향상시킵니다. 또한 그래핀과 h-BN의 격자 상수가 유사하여 이 이종 구조가 그래핀의 우수한 광전자 성능을 최대한 발휘할 수 있습니다. 유한 요소법(FEM)으로 흡수율 및 전자기장 분포를 분석한 결과, 입사광 주파수 1550 cm⁻¹일 때 Au 격자/그래핀/h-BN/SiO₂ 혼합 구조 내 그래핀 층의 전력 소산 밀도는 Au 격자/그래핀/SiO₂ 대조군 구조의 4.4배이며, 광 흡수율은 대조군의 6.5배임을 확인했습니다. 또한 h-BN 두께, Au 전극 두께 및 격자 폭 제어를 통해 흡수 강도 조절이 가능합니다. 본 연구는 그래핀 기반 중적외선 광전자 검출기 구현을 위한 이론적 근거를 제공합니다.

그래핀; 육방 질화붕소; 포논 폴라론 플라스몬