값싼 실리콘으로 산업 검사나 의료 진단, 야간 정찰 등에 쓰이는 단파장 적외선을 포착할 수 있는 이미지센서가 구현됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 차세대반도체연구소 양자기술연구단 이인호 선임연구원 및 박민철 책임연구원 연구팀이 기존 실리콘 반도체 공정과 호환되는 단파장 적외전 이미지센서를 개발했다고 22일 밝혔다.

이미지센서는 스마트폰, 로봇, 자율주행차 등에서 사람의 '눈' 역할을 하는 부품으로 값비싼 화합물 반도체를 사용해 제조 비용이 많이 들고 대량생산에 한계가 있었다.

그 때문에 저렴한 실리콘을 활용하는 시도가 이어져 왔지만, 단파장 적외선을 흡수하지 못하는 문제로 활용에 제약이 있었다.

연구팀은 실리콘 대신 금속이 적외선을 흡수하면 에너지가 높은 전자인 '핫캐리어'를 만들고 이 중 충분한 에너지를 가진 전자가 금속과 실리콘 사이 에너지 장벽을 넘어 이동하며 전류를 만드는 현상에 주목했다.

실리콘이 직접 흡수하지 못하는 적외선을 전기 신호로 바꿔 감지하는 것이다.

금속 표면에서 적외선이 반사되면 빛을 충분히 흡수하지 못해 성능이 떨어지는 문제도 초박막 구리 전극 위에 비정질 실리콘을 쌓는 새로운 반사방지 코팅을 적용해 해결했다.

빛의 반사를 줄이고 적외선 흡수율을 높이면서도 기존 반도체 공정과 호환성은 유지한 것이다.

이렇게 만든 센서는 핫캐리어가 더 많이 발생하며 기존 구조보다 광감도가 1.8~3배 늘어났다.

연구팀은 개발한 소자로 실제 단파장 적외선 영상을 구현하는 데도 성공했다.

이 선임연구원은 "기존 실리콘 반도체 공정과 호환되는 방식으로 단파장 적외선 이미지센서를 구현했다"며 "의료·산업 검사와 국방 감시·정찰 등으로 활용 범위를 넓히고, 양자광집적회로 기반 양자컴퓨팅에 필요한 집적 광소자 기술로 발전시키겠다"고 밝혔다.

박 책임연구원은 "복잡한 나노구조 없이 반사방지 코팅만으로 적외선 검출 성능을 높인 것이 핵심"이라며 "공정이 단순하고 기존 반도체 제조공정과 호환성이 높아 차세대 적외선 광센서와 광전자[017900] 소자의 상용화에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 결과는 지난 4월 국제학술지 '어드밴스트 사이언스'에 실렸다.