안개 속에서도 선명한 시야⋯DGIST, 차세대 적외선 이미지 센서 개발

(좌측부터) DGIST(이종수, 정석진)-KIST(박민철, 고현우, 조수연)-KIMS(김용훈)-경북대학교(나현수) 공동연구팀./DGIST 제공

DGIST가 안개나 연기 속에서도 물체를 선명하게 인식할 수 있는 차세대 적외선 이미지 센서 기술을 개발했다. 자율주행차와 로봇, 의료 영상 등 미래 산업에 활용될 핵심 기술로 주목된다.

DGIST 에너지공학과 이종수 교수 연구팀은 한국과학기술연구원, 한국재료연구원과의 공동연구를 통해 양자점과 2차원 반도체를 결합한 근적외선 이미지 센서를 구현했다고 9일 밝혔다.

적외선 센서 중에서도 단파 적외선(SWIR) 영역을 감지하는 기술은 낮과 밤은 물론, 안개나 연기 속에서도 높은 식별력을 제공해 자율주행 및 보안, 의료 분야에서 필수 기술로 꼽힌다. 

그러나 기존 센서는 인듐갈륨비소(InGaAs) 등 고가 소재를 사용해 제작 비용이 높고, 대면적 구현이 어렵다는 한계를 지녀왔다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 빛 흡수율이 높은 Ag₂Te 양자점과 전하 이동 속도가 빠른 MoS₂ 2차원 반도체를 결합한 ‘하이브리드 광센서’를 제안했다. 양자점의 느린 전하 이동 문제는 2차원 반도체로 보완하고, 두 소재의 장점을 극대화한 것이 특징이다.

특히 두 소재의 계면에서 발생하는 ‘포토도핑(Photodoping)’ 효과를 활용해 광신호를 크게 증폭시키는 데 성공했다. 그 결과 해당 센서는 7.5×10⁵ A/W의 높은 광응답도와 10⁹ Jones 수준의 검출도를 기록하며, 미약한 적외선 신호도 빠르고 정밀하게 감지할 수 있는 성능을 입증했다.

연구팀은 나아가 32×32 픽셀로 구성된 이미지 센서 배열을 제작해 실제 이미지 구현에도 성공했다. 이는 해당 기술이 기존 CMOS 공정과 결합돼 저비용·대면적 적외선 카메라로 상용화될 가능성을 보여주는 성과다.

이종수 교수는 “양자점의 높은 광흡수 특성과 2차원 반도체의 빠른 전하 이동 특성을 결합해 기존 적외선 센서의 근본적 한계를 극복했다”며 “향후 고해상도 적외선 카메라와 지능형 광센서 시스템 개발의 기반이 될 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 국가과학기술연구회의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 재료과학 분야 권위지인 Advanced Materials 3월호에 게재됐다.

/김락현기자 [e-mail]