KIST, 값싼 실리콘으로 적외선 감지…센서 감도 최대 3배↑

반사방지 코팅으로 단파장 적외선 검출

산업·의료·자율주행·국방 활용 기대

한국과학기술연구원(KIST)은 차세대반도체연구소 양자기술연구단 이인호·박민철 박사 연구팀이 기존 실리콘 반도체 공정과 호환되는 단파장 적외선 이미지센서를 개발했다고 22일 밝혔다. ⓒ한국과학기술연구원

일반 카메라로 보기 어려운 단파장 적외선을 값싼 실리콘 기반 센서로 감지하고, 기존보다 광감도를 최대 3배 높인 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 차세대반도체연구소 양자기술연구단 이인호·박민철 박사 연구팀이 기존 실리콘 반도체 공정과 호환되는 단파장 적외선 이미지센서를 개발했다고 22일 밝혔다.

단파장 적외선은 일반 카메라로 보기 어려운 정보를 포착할 수 있어 산업 검사와 의료 진단, 자율주행, 야간 감시·정찰 등에 활용된다. 기존 센서는 값비싼 화합물 반도체를 사용해 제조비가 높고 실리콘 공정과의 호환성도 낮았다.

연구팀은 금속이 적외선을 흡수할 때 발생하는 고에너지 전자 ‘핫캐리어(Hot Carrier)’를 활용했다. 핫캐리어가 금속과 실리콘 사이 장벽을 넘어 이동하면서 전기 신호를 만드는 원리다.

적외선 반사로 검출 성능이 떨어지는 문제는 약 10㎚ 두께의 초박막 구리 전극 위에 비정질 실리콘을 쌓는 반사방지 코팅(QARC)으로 개선했다. 복잡한 나노구조 없이 빛의 반사를 줄여 금속의 적외선 흡수율을 높였다.

그 결과 전극 재료에 따라 광감도가 기존 구조보다 1.8~3배 향상됐고 실제 단파장 적외선 영상도 구현했다.

연구팀은 산업 검사와 의료 진단, 자율주행뿐 아니라 야간 감시·정찰 드론과 위성 관측 등으로 활용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 봤다. 향후 양자광집적회로(QPIC) 기반 양자컴퓨팅의 광신호 검출 기술로 확장할 가능성도 있다.

연구 결과는 지난 4월 국제학술지 ‘Advanced Science’에 게재됐다.

박민철 KIST 책임연구원은 “복잡한 나노구조 없이 반사방지 코팅만으로 적외선 검출 성능을 높인 것이 핵심”이라며 “기존 반도체 제조공정과 호환성이 높아 차세대 적외선 광센서 상용화에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.