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▲이지원 한양대학교 에리카 나노광전자학과 교수 |
이 기술은 수 천만원 수준의 고가로만 구현이 가능하던 단파적외선 대역의 카메라를 수 십만원 수준의 가격으로 구현할 수 있어 시장 경쟁력이 기대된다.
한양대는 한양대 ERICA 나노광전자학과 이지원 교수와 벨기에 반도체 연구소 imec 공동 연구팀이 유기 또는 양자점 기반의 초저가 이미지 센서 화질을 획기적으로 개선할 수 있는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.
단파적외선 대역 카메라는 연기나 짙은 안개와 같은 악천후 또는 야간에 시야 확보를 가능하게 하거나, 스마트폰의 디스플레이 하부에서 얼굴인식을 통한 잠금 해제를 가능하게 하는 등의 중요한 산업적 가치를 지닌다. 기존 실리콘 기반의 이미지 센서는 가시광 대역의 파장 검출은 가능하지만 단파 적외선 검출을 위해서는 다른 반도체 물질의 활용이 필요하다.
이를 극복하기 위한 기존 이미지 센서는 수 천만원 이상의 고가로 국방 등 제한적으로 활용되는 실정이다.
이를 위한 대안으로 주목받는 유기물 또는 양자점과 같은 박막물질은 적외선 수광 특성이 우수하고 저가로 제조가 가능하다는 장점이 있지만 잡음특성이 좋지 못해 고화질 이미지 센서로 구현이 어렵다는 단점을 가진다.
이지원 교수 연구팀은 공정 완료된 실리콘 웨이퍼 위에 모놀리식 집적이 가능한 산화물 반도체 (InGaZnO) 물질이 박막기반 수광소자의 전자 전송층으로도 활용될 수 있다는 점에 착안, 산화물 반도체와 박막물질을 동시 집적한 박막기반 포토게이트를 고안했다. 이를 통해 저잡음 이미지 센서 구현이 가능한 전압 고정형 수광 다이오드(PPD) 기반의 이미지 센서를 세계 최초로 구현했다.
연구 결과, 새로 개발된 기술은 기존 대비 10배 이상 암부 잠음을 줄일 수 있다는 것을 확인했다. 이는 저가의 박막 기반 단파적외선 이미지 센서로 상용 실리콘 이미지 센서 수준의 고화질을 구현할 수 있는 것으로, 5년 내 4조원 이상으로 예상되는 관련 시장에서 주도권을 잡을 수 있을 것으로 예상된다.
이번 연구 성과는 지난 8월 14일 관련 분야 상위 0.18% 수준의 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’에 게재됐다.
이번 연구의 구현은 세계 최고 수준의 반도체 연구소인 벨기에 imec에서 진행됐며, 본 논문의 제1저자이자 교신저자인 이지원 교수는 국내 유일한 imec의 객원교수로서 공동 학위 과정을 운영하는 등 활발한 공동 연구를 수행하고 있다.
kch0054@ekn.kr
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