아주대 연구팀, 실리콘 반도체 기반 광센서 소자 개발

[수원=뉴시스] 박종대 기자 = 아주대학교는 서형탁 교수 연구진이 실리콘 반도체 기반의 초고감도 적외선 광학 검출 소자를 개발했다고 2일 밝혔다.

빛을 전기 신호로 전환하는 광전효과를 기반으로 하는 광센서는 신재생 에너지의 활용과 스마트폰, 사물 인터넷, 광통신 등에서 필수적인 부품이다.

이 중에서 적외선 광 검출은 활용 분야가 가장 넓어 의료 분야의 열화상 측정, 야간투시를 비롯해 자율주행 차량의 전방 센서, 물체 이동 감지 센서 등으로도 활용할 수 있다.

적외선 광을 감지하기 위한 광센서의 동작 원리는 여러 가지가 있지만 적외선 직접 흡수에 의해 발생한 광전효과를 이용하는 방식이 가장 높은 감도를 보인다. 이 방식은 고부가가치 응용 분야에도 적용이 가능하다.

서형탁 교수 *재판매 및 DB 금지

하지만 이러한 광전효과 방식의 적외선 센서 제조를 위해서는 광 흡수 반도체의 밴드갭이 적외선 광에너지보다 낮아야 한다.

이 때문에 지금까지 주로 갈륨비소를 비롯한 화합물 반도체 소자가 적용돼 왔다. 그러나 갈륨비소 같은 화합물 반도체 소자는 가격이 매우 비싸고, 적외선 영역에서 검출 감도가 낮은 데다가 성능이 떨어지는 한계를 보여왔다.

아주대 연구팀은 적외선 감지 소재로 활용하지 못 했던 실리콘 소재를 주목했다. 실리콘 소재에 변전효과를 적용해 반도체 결정 구조에 적절한 이완효과가 나타나 밴드갭 에너지를 적외선 광에너지 이하로 크게 줄일 수 있음을 확인한 것이다.

연구진은 이번 성과가 적외선 영역의 고감도·고효율의 센서가 필요한 자율주행차, 태양전지, 의료진단기기 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 전망하고 있다.

 연구내용은 ‘구조이완·변전효과에 따른 제어가능 자가전력 기반 고성능 단파장 적외선 광검출 소자’라는 제목으로 나노 분야 국제 학술지 '스몰 메소드' 지난달 19일자 온라인판에 실렸다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 중견·기본 기초연구지원사업의 지원으로 수행됐으며 특허 출원을 진행 중이다.

서 교수는 "이번에 개발한 방식을 응용하면 고속·고감도 적외선 검출 소자를 기존의 실리콘 집적회로에 통합하는 게 가능해지고 저비용·고성능 사물 인터넷 센서로 적용할 수 있다"고 말했다.


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