고온에서 열 잘 감지하는 열영상 센서 소자 나왔다

코로나19 사태로 곳곳에 설치된 열화상카메라는 얼굴에서 나오는 흑체복사의 적외선 스펙트럼 패턴을 분석해 체온을 영상의 색으로 표현하는 장치다. 연합뉴스 제공

냉각장치 없이 100도 고온에서도 물체 온도를 측정할 수 있는 열영상센서가 개발됐다. 발열이 심한 스마트폰 내부에도 장착할 수 있어 상용화되면 스마트폰을 휴대용 온도계로 이용할 수 있단 기대다.

최원준 한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 책임연구원 연구팀은 백승협 전자재료연구단 책임연구원팀, 백정민 성균관대 교수팀과 공동으로 고온에서도 잘 작동하는 열영상센서 소자를 개발했다고 15일 밝혔다.

스마트폰이나 자율주행차의 부품으로 쓰이려면 일정 온도 이상을 견뎌야 한다. 내부 발열을 견뎌야 하기 때문이다. 스마트폰 내 부품은 전자제품 기준인 85도, 자율주행차는 전장제품 기준인 125도 고온을 견디도록 제한돼 있다. 반면 열영상센서는 이러한 온도를 견디기 어려워 별도의 냉각소자가 필요했다. 냉각소자는 센서 원가의 10% 이상을 차지하고 전력소모도 커 열영상소자의 적용을 막는 장애물로 여겨져 왔다.

연구팀이 개발한 열영상센서 소자의 모습이다. KIST 제공

연구팀은 100도 이상에서도 잘 견디는 이산화바나듐 박막을 이용해 소자를 제작했다. 이산화바나듐은 고온에서도 안정된 반도체 특성을 보여준다. 새로 개발된 소자는 100도에서도 상온과 비슷한 수준으로 적외선 신호를 얻었다. 한 달 이상 100도에 노출되도 성능이 변하지 않았다.

연구팀은 여기에 외부 적외선을 흡수하는 흡수체를 추가해 물체의 열을 3배 더 잘 감지하도록 했다. 또 기존 소자들이 초당 30~40회 측정이 가능했던것과 달리 초당 100회 측정이 가능했다. 연구팀은 125도 이상 견디는지 여부도 분석해 빠른 반응이 필요한 자율주행차의 센서로도 활용하는 방안을 고려중이다.

최 책임연구원은 “융합연구를 통해 개발한 소자기술로 열영상센서의 제작가격을 획기적으로 낮출 원천기술을 확보했을 뿐 아니라 기존 소자보다 민감도와 동작 속도가 우수하다”며 “열영상을 이용하는 군수용 산업과 스마트폰, 자율주행차 센서로 활용이 가속화할 것으로 기대한다”고 말했다.

연구결과는 국제학술지 ‘응용 표면 과학’에 다음 달 1일 발표를 앞두고 온라인으로 공개됐다.

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]