국내 연구진이 실리콘 소재에 금 나노입자를 입혀 극저온 환경에서도 자유자재로 온도변화를 측정할 수 있는 센서를 개발했다.
한국연구재단(이사장 조무제)은 장재원 부경대 물리학과 교수팀이 영하 243~263도에서도 온도측정 효율이 높은 저온 센서 소자를 개발했다고 19일 밝혔다.
저온센서는 저항 값으로 온도변화를 측정한다. 저항 값 변화가 클수록 온도 측정에 유리하다. 일반적으로 실리콘 소재로 사용하지만 극저온 환경에서 온도 1도당 저항 변화율이 20%미만에 불과하다.
연구팀은 실리콘 센서에 금 나노입자를 입혀 측정 효율을 극대화 했다. 금 나노입자 형성에는 갈바니 대체법(시료를 금속 이온 용액에 노출시키는 방법)을 이용했다.
금나노입자는 소자 표면에서 불순물 역할을 해 저항 값을 높인다. 실리콘의 열전도를 방해, 온도변화에 따른 저항 변화도 극대화 한다. 금 나노입자 센서는 저항변화율이 기존 실리콘 단일 소재보다 100% 향상됐다. 저온 민감도는 5000% 이상 올랐다.
연구팀은 최적화 된 금 나노입자 비율도 제시했다. 금 나노입자 증착 면적이 21.9%일 때 저온 민감도는 1도당 47.9밀리볼트(㎷)였다. 시판 실리콘 센서의 저온 민감도는 1도당 21.1㎷다.
연구팀은 이 기술을 반도체 특성 변화 연구에도 적용할 수 있다고 설명했다. 열·전기 특성을 변화시키면 특성 소재의 변화 효율을 높일 수 있다.
장재원 교수는 “손쉬운 갈바니 대체법으로 실리콘 물질의 열, 전기 특성을 향상시키는 방법을 개발했다”면서 “앞으로 냉각소자, 열전소자 등 실리콘 기반 소자 발전, 반도체 특성 효율을 높이는 것에 활용할 수 있다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
