CsPbBr3 페로브스카이트-고분자 복합 박막을 이용한 Distributed Feedback 레이저 제작 및 특성 연구

Abstract

CsPbBr3 무기 할로겐화 페로브스카이트(inorganic halide perovskite) 다결정 박막(polycrystalline film)의 결함 및 낮은 덮임률(coverage)을 개선하기 위하여, CsPbBr3 페로브스카이트, 고분자 물질인 Poly(ethylene oxide)(PEO) 및 Poly(vinylpyrrolidone)(PVP) 전구체 용액을 부피 비율을 다르게 혼합하고 Quartz 기판 위에 스핀 코팅(spin coating)하여 CsPbBr3 페로브스카이트-고분자 복합 박막을 제작하였다. X선 회절(X-Ray Diffraction) 분석, 전계 방출형 주사 전자 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope)(FE-SEM) 이미지, 원자 힘 현미경(Atomic Force Microscope)(AFM) 이미지, 흡수 및 발광 스펙트럼 등을 통하여 제작된 CsPbBr3 페로브스카이트-고분자 복합 박막의 결함 및 덮임률, 결정성, 광학 특성을 최적화 할 수 있었다. 솔-젤 공정(sol-gel process)을 통해 스핀 코팅된 실리카 박막을 제작하고, 나노 임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography) 방법을 이용해 나노 구조 실리카 박막을 제작하였다. 제작된 나노 구조 실리카 박막 위에 CsPbBr3 페로브스카이트-고분자 복합 전구체 용액을 스핀 코팅하여 DFB 레이저 시스템을 제작하였고, 원자 힘 현미경 이미지 및 투과 스펙트럼 측정을 통해 구조를 확인하였다. 상온에서 Nd:YAG 펄스 레이저(pulse laser)로 나노 구조 CsPbBr3 페로브스카이트-고분자 복합 박막을 여기 시켰을 때, 특정 부피 비율을 가진 나노 구조 박막에서 좁은 파장 폭의 방출 스펙트럼과 발광 세기의 문턱 값, 높은 편광을 확인하였고, DFB 레이저가 성공적으로 구현되었음을 확인하였다. CsPbBr3 페로브스카이트-고분자 복합 박막의 발광 특성에 기반한 본 연구는, CsPbBr3 페로브스카이트-고분자 복합 박막의 응용을 연속 출력 레이저(continuous wave laser) 및 전하 주입 레이저(charge-injection laser) 같은 분야로 확장시킬 수 있을 것이다.