“가시광선부터 원적외선까지 한 번에”…국내 연구진, 차세대 광센서 소재 개발

자율주행·군사용 드론·스마트워치까지 적용 가능
기존 대비 감지 범위 8배↑, 안정성도 강화

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 다양한 빛을 통합 감지하는 차세대 센서 소재를 개발했다.

한국화학연구원은 송우석 박사, 윤대호 성균관대 교수 공동 연구팀이 기존 상용 소재보다 다양한 파장의 빛을 감지할 수 있는 차세대 광(光)센서 소재를 개발하고, 이를 6인치 대면적 기판에 합성했다고 14일 밝혔다.

주요 논문 기여자(왼쪽부터)이도형 학생연구원, 송우석 책임연구원.(사진=한국화학연구원)

광센서는 감지하는 빛의 파장에 따라 스마트 제품·보안·기후 환경·의료 등 여러 용도의 센서로 구분된다. 기존에는 가시광, 근적외선, 중·원적외선 센서가 따로 존재해 자율주행차·군사용 드론 같은 제품에 여러 센서를 탑재해야 했다.

한편 광대역 센서는 여러 파장을 통합 감지하는 차세대 광센서이다. 기존 광대역 광센서의 2차원 소재는 가시광선부터 근적외선까지 감지할 수 있었다. 다만 중·원적외선은 감지할 수 없고, 습기·온도 변화에 쉽게 변질돼 야외·군사용 등 일부 환경에서 쓰기 어려웠다.

이번에 개발된 광대역 광센서 소재는 가시광선부터 원적외선까지 모든 영역을 통합 감지한다. 고온·고습 환경에서도 안정성도 높다. 여러 센서가 필요한 제품의 구조를 단순화하고, 비용을 줄일 수 있다.

연구팀은 소재에 2차원 반도체 ‘주석·셀레나이드 화합물’에 텔루륨 원자를 섞은 위상결정절연체를 활용했다. 위상결정절연체 소재는 양자소재로 더 넓은 파장의 통합 감지가 가능하고 안정성도 높은 차세대 광대역 광센서 소재이다.

분석 결과, 기존 2차원 소재 센서 대비 약 8배 이상 넓은 범위(0.5 ~ 9.6마이크로미터)를 감지하는 광대역 특성과 사람 손가락의 미세 열(원적외선)도 감지하는 고감도 특성을 갖춘 것으로 나타났다. 또 얇고 가벼우며, 고온·고습·수중 환경 안정성도 높다.

연구팀은 현재 이 기술을 8인치 이상 대면적으로 확장하고, 센서 배열·회로 집적화로 완성형 센서 모듈 개발을 추진하고 있다.

송우석 화학연 박사는 “이 센서는 자율주행차, 군사 드론, 스마트워치, 가정용 IoT 보안장치까지 모두 커버할 수 있다.”라고 설명했다.

연구 결과는 재료 분야 국제학술지 ‘에이씨에스 나노(Acs Nano)’에 게재됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)