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[IT뉴스]자율주행차 ‘시력’ 높일 새 반도체 소재 찾았다

온카뱅크관리자

2024-05-30 10:42:07

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 표준연, 단파장 적외선 센서에 쓰이는 고품질의 화합물 반도체 소재 개발 기존 소재보다 검출 대역 넓고 신뢰도 높아… 차세대 센서에 적용 가능 
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 <img alt="한국표준과학연구원의 이상준 책임연구원(좌)과 전병선 책임연구원(우)이 자체 개발한 반도체 소재를 제작하기 위해 실험 조건들을 확인하고 있다./한국표준과학연구원" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202405/30/chosunbiz/20240530104211240doxj.jpg" data-org-width="5000" dmcf-mid="uigyMDGk39" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202405/30/chosunbiz/20240530104211240doxj.jpg" width="658">
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 한국표준과학연구원의 이상준 책임연구원(좌)과 전병선 책임연구원(우)이 자체 개발한 반도체 소재를 제작하기 위해 실험 조건들을 확인하고 있다./한국표준과학연구원
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 자율주행 차량 카메라, 스마트 사물인터넷(IoT) 센서에 쓰이는 적외선 센서는 눈으로 볼 수 없는 영역의 빛을 감지해 전기 신호로 변환한다. 이를 해석하면 기존에 알 수 없었던 정보를 얻을 수 있어 첨단산업 분야의 ‘눈(眼)’이라 불리기도 한다. 국내 연구진이 최근 적외선 센서에 쓰이는 고품질의 화합물 반도체 소재를 개발하는 데 성공했다.
 한국표준과학연구원(KRISS)은 초고감도 단파장 적외선(SWIR, short wavelength infrared) 센서에 쓰이는 고품질 화합물 반도체 소재를 개발했다고 30일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 지난 2월 게재됐다.
 단파장 적외선 센서는 연기, 안개를 투과해 물체가 가진 고유의 빛을 탐지할 수 있는 기술이다. 감도를 높인 SWIR 센서는 어두운 환경에서도 선명한 시각 정보를 제공한다. 물체로부터 반사되는 적외선과 물체가 직접 방출하는 적외선 모두를 탐지할 수 있어 야시경을 비롯한 군사 장비에 주로 활용돼 왔다. 최근에는 자율주행 차량부터 반도체 공정 모니터링, 식물 성장을 관찰하는 스마트팜 카메라까지 다양하게 쓰이고 있다.
 적외선 센서에서 반도체 소재는 빛을 감지하고 전기 신호로 변환하는 역할을 한다. 주로 인듐과 갈륨, 아세나이드(비소 음이온)를 결합한 화합물 반도체를 사용한다. 실리콘 반도체에 비해 미량의 빛도 민감하게 감지하며 전력 효율도 뛰어나기 때문이다. 하지만 원소들을 박막 형태로 기판에 쌓을 때 ‘격자 불일치’가 나타나 성능을 계속 높이기 어려웠다. 격자 불일치는 원소들의 격자 구조가 달라 생기는 오류다.
 연구진은 갈륨과 아세나이드 대신 비소와 포스파이드를 사용해 새로운 소재를 만들었다. 기존 인듐-갈륨-아세나이드 소재보다 상온에서 신호 대비 잡음 비율이 낮아 신뢰도가 높았다. 성능 저하 없이 빛을 검출할 수 있는 대역도 1.7㎛(마이크로미터·1㎛는 100만 분의 1m)에서 2.8㎛까지 넓어졌다.
 연구진은 “기술의 핵심은 격자 불일치를 완화하는 격자이완층을 제작한 것”이라며 “기판과 빛을 흡수하는 물질 사이에 비소와 포스파이드의 비율을 단계적으로 조성한 구조를 삽입해 격자 구조가 다른 두 박막이 충돌하지 않도록 했다”고 설명했다.
 연구를 이끈 이상준 한국표준과학연구원 반도체디스플레이측정그룹 책임연구원은 “화합물 반도체 소재는 국가 전략물자로 해외 수입이 쉽지 않아 독자적인 기술 확보가 필요하다”며 “이번 개발한 소재는 즉시 상용화 가능한 수준으로 전투기용 레이더, 의약품 결함 검사, 폐플라스틱 재활용 공정과 같은 미래산업 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 전했다.
 참고 자료
 Advanced Functional Materials(2024), DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202309897
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