DGIST, 차세대 적외선 이미지 센서 개발

대구경북과학기술원(이하 DGIST)이 에너지공학과 이종수 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST), 한국재료연구원(KIMS)과의 공동연구를 통해 양자점과 2차원 반도체를 결합한 차세대 근적외선 이미지 센서 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.적외선 센서는 단파 적외선(SWIR) 영역을 감지해 낮과 밤은 물론 안개나 연기 속에서도 물체를 선명하게 인식할 수 있어 자율주행차, 로봇, 야간 감시, 의료 영상 등 다양한 미래 기술의 핵심 요소로 꼽힌다. 그러나 기존 센서는 InGaAs 등 고가 반도체 소재를 사용해 제작 비용이 높고, 넓은 면적으로 확장하는 데 한계가 있었다.연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 빛 흡수율이 뛰어난 ‘Ag₂Te 양자점’과 전하 이동 속도가 빠른 ‘MoS₂ 2차원 반도체’를 결합한 하이브리드 광센서 구조를 제안했다. 이를 통해 양자점의 느린 전하 이동 단점을 보완하고, 두 소재의 장점을 동시에 극대화하는 데 성공했다.특히 두 소재가 맞닿는 경계면에서 발생하는 ‘포토도핑(Photodoping)’ 효과를 활용해 광신호를 크게 증폭시켰으며, 그 결과 7.5×10⁵ A/W의 높은 광응답도와 10⁹ Jones 수준의 검출도를 기록해 매우 미약한 적외선 신호까지 빠르고 정확하게 감지할 수 있는 성능을 입증했다.또 연구팀은 단일 소자 수준을 넘어 32×32 픽셀로 구성된 적외선 이미지 센서 배열을 제작하고 실제 이미지 측정을 통해 기술의 실용성을 확인했다. 이는 기존 CMOS 반도체 공정과의 융합이 가능해 저비용·대면적 차세대 적외선 카메라로의 상용화 가능성을 높였다는 점에서 의미가 크다.이종수 교수는 “양자점의 높은 광흡수 특성과 2차원 반도체의 빠른 전하 이동 특성을 결합해 기존 센서의 한계를 극복할 수 있었다”며 “향후 고해상도 적외선 카메라와 지능형 광센서 시스템 개발의 핵심 기반 기술로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 개인기초연구사업(중견과제), 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업의 지원으로 수행됐으며 연구 성과는 재료과학 분야 세계적 학술지 ‘Advanced Materials’ 3월호에 게재됐다.