'자율주행차의 눈' 적외선 센서용 반도체 소재 개발

표준연 "상용화 수준…전투기용 레이더 등에 활용 기대"

반도체 화합물 소재의 격자 이완층 구조 관찰하는 이상준 책임연구원 [한국표준과학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 한국표준과학연구원은 초고감도 단파장 적외선(SWIR) 센서에 쓰이는 반도체 소재를 개발했다고 30일 밝혔다.

적외선 센서는 우리 눈으로 볼 수 없는 영역의 빛을 감지해 전기 신호로 변환한다.

특히 파장 길이 1.4∼3.0㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ) 대역 단파장 적외선은 연기, 안개 등도 쉽게 투과하며 물체 고유의 빛 스펙트럼을 탐지할 수 있어 자율주행 차량 카메라, 사물인터넷(IoT) 센서의 '눈'(眼)으로 불린다.

SWIR 센서는 어두운 환경에서도 선명한 시각 정보를 제공할 수 있으며 물체에서 반사되는 적외선과 물체가 방출하는 적외선 모두를 탐지할 수 있다.

군사 장비에 주로 쓰였으나 최근에는 자율주행 차량부터 반도체 공정 모니터링, 식물 성장을 관찰하는 스마트팜 카메라까지 다양하게 활용되고 있다.

적외선 센서에서 빛(광신호)을 감지하고 전기 신호로 변환하는 역할을 하는 반도체 소재로는 두 종류 이상의 원소를 결합한 화합물 반도체가 사용된다.

단일 원소 기반 실리콘 반도체에 비해 전자 이동성이 훨씬 높아 미량의 빛도 민감하게 감지할 수 있고 전력 효율도 뛰어나기 때문이다.

흔히 '인듐-포스파이드'(InP) 기판 위에 '인듐-갈륨-아세나이드'(InGaAs)를 광 흡수층으로 올린 화합물 소재가 주로 쓰이지만, 자체 물성 때문에 성능을 일정 수준 이상으로 높이는 데 한계가 있었다.

연구팀은 인듐-포스파이드 기판 위에 '인듐-아세닉-포스파이드'(InAsP)를 광 흡수층으로 성장시킨 InAsP 소재를 새롭게 개발했다.

기존 InGaAs 소재보다 상온에서 신호 대비 잡음이 낮고, 성능 저하 없이 광검출 가능한 대역도 넓다.

기판과 광 흡수층 사이에 격자 이완층을 도입, 반도체 소재 성능을 떨어뜨리는 격자 불일치(화합물 반도체 박막을 증착할 때 원소들의 격자 구조가 달라 생기는 오류) 문제를 해결했다.

이상준 표준연 책임연구원은 "화합물 반도체 소재는 국가 전략물자로 해외 수입이 쉽지 않아 독자적으로 기술을 확보해야 한다"며 "이번에 개발한 소재는 즉시 상용화할 수 있는 수준으로 전투기용 레이더, 의약품 결함 검사, 폐플라스틱 재활용 공정 등에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

jyoung@yna.co.kr

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