KAIST, 초박막 이미지 센서 기술로 신기원 열다

KAIST가 전력 효율이 높고 초박막 구조의 이미지 센서 기술을 개발했다. 이번 연구는 김상현 교수팀이 인하대학교 및 미국 예일대학교와 협력하여 이루어진 것으로, 최근 일본 소니의 초고해상도 단파 적외선 이미지 센서 기술에 버금가는 원천기술을 확보한 것으로 알려졌다.

개발된 이미지 센서는 인듐-갈륨-아세나이드(InGaAs) 화합물 반도체를 사용해, 가시광선을 넘어 다양한 스펙트럼을 검출할 수 있다. 이를 통해 기존 이미지 센서보다 더 많은 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 기존 센서는 흡수층 두께가 3마이크로미터 이상이어서 광학적 및 전기적 왜곡 문제가 발생하고 해상도가 낮아지는 단점이 있었다.

KAIST 연구팀은 도파 모드 공명(GMR) 구조를 도입하여 이러한 문제를 해결했다. GMR 구조를 통해 400∼1700㎚의 넓은 파장 범위에서 높은 효율로 광을 흡수할 수 있음을 입증한 것이다. 도파 모드 공명은 특정 파장에 대해 강한 전기 및 자기장을 발생시키는 공명 현상으로, 이를 이용해 이미지 센서의 해상도와 성능을 개선했다.

연구 결과, 흡수층 두께를 1마이크로미터 이하로 줄이면서도 70% 이상의 높은 양자 효율을 달성할 수 있었다. 이는 기존 기술의 흡수층 두께를 70% 이상 줄이는 성과를 낳았다. 흡수층을 얇게 하는 것은 화소 과정도 간소화하여 높은 해상도를 구현하고, 원가 절감에도 기여할 수 있지만, 장파장 빛의 흡수가 감소하는 문제도 발생할 수 있다.

김 교수팀은 가시광선 영역뿐만 아니라 단파 적외선 영역까지 포괄함으로써 보안 시스템, 의료 및 산업용 이미지 센서, 자율주행 자동차, 항공 및 위성 관측 등 많은 산업 분야에 활용될 수 있다고 강조했다. 김상현 교수는 이번 연구의 의의에 대해 "초박막 흡수층에서도 기존 기술보다 훨씬 높은 성능을 구현할 수 있음을 입증했으며, 일본 소니가 주도하는 초고해상도 단파 적외선 이미지 센서 기술에 대한 원천 기술을 확보해 시장 진입 가능성을 열었다" 고 설명했다.

이 연구 결과는 '빛: 과학과 응용'이라는 국제 학술지에 게재되었다.

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