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아주대는 서형탁 첨단신소재공학과 교수팀이 이러한 연구성과를 얻었다고 8일 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 기초연구사업 등의 지원을 받아 수행됐으며 쿠마 모히트(Mohit Kumar) 아주대 교수가 제1저자로 참여했다. 연구결과는 저명 국제학술지(Advanced Functional Materials) 표지 논문으로 선정됐다.
서 교수팀은 고성능 이산화티타늄 기반 적외선 광센서를 개발했다. 광센서는 빛을 전기 신호로 전환하는 광전효과를 기반으로 만들어진 센서로 신재생에너지·정보통신·사물인터넷·광통신 등의 분야에서 필수적으로 활용된다.
특히 이 가운데 적외선 광 검출 기술은 △자율주행 차량의 전방 센서 △의료 분야의 열화상 측정 △야간 투시를 비롯한 우주·군사 시설 △물체 이동 감지 센서 △태양전지 등에 적용이 가능하다.
아주대 관계자는 “광전효과 기반 광센서는 최근 부상하는 신산업 분야와 밀접하게 연관되어 있어 미래 핵심 기술로 주목받고 있다”고 설명했다. 실제로 미 항공우주국(NASA)의 최첨단 우주 관측 장비 제임스 망원경(JWST)도 초고감도 적외선 카메라가 적용됐다.
적외선 광을 감지하기 위한 광센서의 동작 원리는 여러가지이지만, 적외선 직접 흡수에 의해 발생한 광전효과를 이용하는 방식이 가장 높은 감도를 보인다. 다만 광전효과 방식의 적외선 센서를 제조하려는 광 흡수 반도체의 밴드갭이 적외선 광에너지보다 낮아야 한다. 이에 지금까진 주로 화합물 반도체 소자가 적용됐지만, 화합물 반도체 소자는 가격이 비싸고 적외선 영역에서 검출 감도가 낮다는 단점이 있다.
연구팀은 지금까지 적외선 감지 소재로 활용하지 않았던 산화물 소재를 주목했다. 이산화티타늄(TiO2)과 전극으로 구성된 쇼트키 다이오드를 구성하고 금 프로브팁을 이용해 순차적으로 미세압력을 가해 국소적인 변전효과를 유도한 것. 연구팀은 이를 통해 자외선·가시광선뿐 아니라 적외선에 대해서도 기존 센서를 능가하는 광센서 구조를 개발하는 데 성공했다.
개발된 센서는 적외선(365nm)부터 중적외선(1720nm)까지 광대역의 광검출이 가능하다. 자가전력으로 작동해 별도의 전원이 필요 없다는 점도 장점이다. 서형탁 교수는 “그동안 구현이 불가능했던 적외선 검출을 새로운 방식을 통해 고속·고감도·고효율로 가능하게 했다는 점에서 학문적·기술적 의의가 있다”며 “이 방식을 응용하면 우수한 성능의 광센서를 구현할 수 있어 자율주행, 의료, 우주·항공, 방산, 신재생 에너지, 사물 인터넷, 광통신 등에서 널리 활용될 수 있을 것“이라고 설명했다.
