화학연, ‘다양한 빛 통합 감지’ 차세대 센서 소재 개발
||2025.09.14
다양한 빛을 통합 감지하는 차세대 센서 소재가 국내에서 개발됐다. 고가의 기존 외국산 센서를 대체해 국산 고성능 광대역 센서 시대를 여는 전환점이 될 것으로 기대를 모은다.
한국화학연구원(원장 이영국)은 송우석 화학연 박사와 윤대호 성균관대 교수 연구팀이 기존 상용 소재보다 다양한 파장의 빛을 감지할 수 있는 차세대 광센서 소재를 개발하고, 이를 6인치 대면적 기판에 저렴하게 합성하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.
개발된 광대역 광센서 소재는 가시광선부터 원적외선까지 모든 영역을 통합 감지하며, 고온·고습 환경에서도 안정성이 높다.
여러 센서가 필요한 제품 구조 단순화 및 비용 절감도 가능하다. 예를 들어 자율주행차나 군사용 드론에서 주간 촬영·대상 인식용 가시광 센서, 거리 측정용 근적외선 센서(LiDAR), 야간 사람 감지용 중·원적외선 센서를 하나로 통합할 수 있다.
연구팀은 기존의 2차원 반도체 '주석-셀레나이드 화합물(SnSe)'에 텔루륨(Te) 원자를 섞은, 위상결정절연체(SnSe0.9Te0.1)를 활용했다. 위상결정절연체 소재는 양자소재 중 하나로, 더 넓은 파장의 통합 감지가 가능하고 안정성도 높은 차세대 광대역 광센서 소재다.
기존 2차원 평면 구조 소재 센서는 밴드 갭이 크기 때문에 힘이 센 가시광선은 전자를 점프시켜 감지가 가능했지만, 에너지가 작은 장파장 적외선은 전자를 점프시킬 수 없어 감지할 수 없었다.
반면 위상결정절연체 구조는 밴드 갭이 낮아, 장파장 빛도 충분히 전자를 움직이게 할 수 있다. 내부는 절연체 상태지만 표면은 전자가 매우 빠르게 움직일 수 있도록 만들어 준다.
이를 통해 이번 소재는 기존 2차원 소재 센서 대비 약 8배 이상 넓은 범위를 감지하는 광대역 특성과 손가락 미세 열(원적외선)도 감지하는 고감도 특성을 갖췄다. 또 얇고 가벼우며, 고온·고습·수중 환경 안정성도 높다.
간단한 제조 공정도 장점이다. 위상결정절연체는 예민해 분자선에피택시(MBE)와 같은 고가 초고진공 상태 제조 장비가 필요했는데, 연구팀은 예민성이 덜하면서도 위상 특성을 내는 소재를 설계했다. 이는 기존 반도체 공정과도 호환돼 제조 비용 절감 및 양산에 유리하다.
송우석 박사는 “이 센서는 자율주행차, 군사 드론, 스마트워치, 가정용 IoT 보안장치까지 모두 커버할 수 있다”라며 “기술을 8인치 이상 대면적으로 확장하고, 센서 배열·회로 집적화를 통해 완성형 센서 모듈 개발을 추진 중”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 재료 분야 국제학술지 'Acs Nano'에 지난 7월 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
