화학뉴스

국내 연구진이 초고감도 단파장 적외선(SWIR) 센서에 쓰이는 반도체 소재를 개발했다
한국표준과학연구원(KRISS)은 SWIR 센서에 쓰이는 고품질 화합물 반도체 소재 개발에 성공한 것으로 알려졌다.
적외선(IR) 센서는 우리 눈으로 볼 수 없는 영역의 빛을 감지해 전기신호로 변환하며, 특히 파장 길이 1.4-3.0마이크로미터 대역 단파장 적외선은 연기, 안개 등도 쉽게 투과하고 물체 고유의 빛 스펙트럼을 탐지할 수 있어 자율주행 자동차의 카메라나 사물인터넷(IoT) 센서의 눈으로 불리고 있다.
SWIR 센서는 어두운 환경에서도 선명한 시각 정보를 제공할 수 있으며 물체에서 반사되는 적외선과 물체가 방출하는 적외선 모두를 탐지할 수 있다.
군사 장비에 주로 쓰였으나 최근 자율주행 자동차부터 반도체 공정 모니터링, 식물 성장을 관찰하는 스마트팜 카메라까지 다양하게 활용되고 있다.
적외선 센서에서 빛(광신호)을 감지하고 전기신호로 변환하는 역할을 하는 반도체 소재로는 2종류 이상의 원소를 결합한 화합물 반도체를 사용하고 있다.
단일 원소 기반 실리콘(Silicone) 반도체에 비해 전자 이동성이 훨씬 높아 미량의 빛도 민감하게 감지할 수 있고 전력 효율도 뛰어나기 때문이다.
일반적으로 인듐-포스파이드(InP) 기판 위에 인듐-갈륨-아세나이드(InGaAs)를 광 흡수층으로 올린 화합물 소재가 사용되나 자체 물성 때문에 성능을 일정수준 이상으로 높이는데 한계가 있다.
연구팀은 인듐-포스파이드 기판 위에 인듐-아세닉-포스파이드(InAsP)를 광 흡수층으로 성장시킨 InAsP 소재를 새롭게 개발했으며 기존 InGaAs 소재보다 상온에서 신호 대비 잡음이 낮고 성능 저하 없이 광검출 가능한 대역도 넓은 것을 확인했다.
이를 통해 기판과 광 흡수층 사이에 격자 이완층을 도입하고 반도체 소재 성능을 떨어뜨리는 격자 불일치(화합물 반도체 박막을 증착할 때 원소들의 격자 구조가 달라 생기는 오류) 문제를 해결했다.
이상준 KRISS 책임연구원은 “화합물 반도체 소재는 국가 전략물자로 수입이 쉽지 않아 독자적으로 기술을 확보해야 한다”며 “개발한 소재는 즉시 상용화할 수 있는 수준으로 전투기용 레이더, 의약품 결함 검사, 폐플래스틱 재활용 공정 등에 활용할 수 있을 것”이라고 강조했다. (강)