한국과학기술원(KAIST)은 전기·전자공학부 이가영 교수 연구팀이 외부 전원 없이 작동하는 무전력 광센서를 개발했다고 14일 밝혔다.

기존 전원 공급 센서보다 응답도가 20배 높아 동급 기술 가운데 최고 성능을 자랑한다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 '반데르발스 전극'과 '부분 게이트' 구조를 도입, 도핑(반도체에 불순물을 넣어 전기적 특성을 바꾸는 작업) 없이도 2차원 반도체에 전기적으로 PN 접합 구조(정공이 많은 P형과 전자가 많은 N형 재료를 접합한 반도체 구조)를 구현할 수 있는 기술을 개발했다.

반데르발스 전극은 반데르발스 힘(분자 사이에 서로 끌어당기는 힘)을 이용해 전기 신호에 민감하게 만들면서도 반도체와 부드럽게 결합해 2차원 반도체의 손상을 막을 수 있다.

부분 게이트 구조는 2차원 반도체의 일부 영역에만 전기 신호를 걸어 한쪽은 P형, 다른 쪽은 N형처럼 작동하게 제어하는 구조로, 도핑 없이도 전기적으로 PN 접합처럼 작동하게 만들 수 있다.

이를 통해 도핑 없이 고성능 PN 접합 구조를 구현, 외부 전원 없이도 빛을 받기만 하면 스스로 전기 신호를 만들어낼 수 있는 광센서를 개발했다.

연구팀이 개발한 광센서의 빛에 대한 민감도(응답도)는 기존 전원 공급 광센서의 20배 이상으로, 어두운 환경에서도 작동 가능한 고정밀 센서로 바로 응용할 수 있는 수준이다.

이가영 교수는 "센서뿐만 아니라 스마트폰이나 전자기기 내부에서 전기를 조절하는 핵심 부품으로 활용할 수 있어, 미래형 전자기기의 소형화·무전력화에 기여할 것"이라고 기대했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈'(Advanced Functional Materials) 지난달 26일 자 온라인판에 실렸다.