경북대는 이상욱 신소재공학부 교수팀이 정현석 성균관대 신소재공학부 교수팀과 공동으로 차세대 적층형 이미지센서용 페로브스카이트 반도체 신소재를 이용해 세계 최고 수준의 청색 광센서를 개발했다고 7일 밝혔다. 적·녹·청 적층형 광센서 기반 차세대 이미지센서 개발을 앞당기고, 청색 LED와 레이저 등 다양한 응용분야에 파급효과를 줄 것으로 기대된다.
스마트폰과 자율주행차 산업 성장으로 고성능 카메라 수요가 늘면서 고성능·고집적 이미지센서에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 페로브스카이트 반도체 소재를 이용한 수직 적층형 이미지센서는 기존 이미지센서 광손실과 집적화 한계를 극복할 수 있는 기술로 주목받고 있다.
페로브스카이트 반도체 신소재는 빛을 흡수하는 특성과 이를 전기적 신호로 변환하는 특성이 매우 우수하다. 간단한 용액 공정으로 저온에서 손쉽게 합성할 수 있어 이미지센서, 디스플레이, 태양전지 등 다양한 분야에 접목되고 있다.
이미지센서가 받아들인 광학적 신호를 이미지로 시각화하기 위해서는 적·녹·청색을 흡수하는 각의 광센서가 필요하다. 그동안 페로브스카이트 반도체 신소재에 대한 연구는 적·녹색 영역 조성, 즉 적·녹색을 흡수하는 영역 조성에 대해 주로 이뤄지고, 청색 광센서용 조성 연구는 미비했다. 그 원인 중 하나는 청색 영역 조성 시 상대적으로 낮은 형성에너지를 가져 고품질의 박막을 구현이 어렵기 때문이다.
연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 청색 페로브스카이트 소재의 형성에너지가 높은 조성을 도출하고, 이를 기반으로 낮은 결함 농도와 높은 결정성을 지니는 페로브스카이트 박막을 실험적으로 구현했다. 이 페로브스카이트 박막을 이용해 기존 상용 청색 광센서 보다도 우수한 감광특성을 가지는 최고 수준 청색 광센서를 개발했다. 그동안 약점으로 지적돼 왔던 안정성도 크게 향상된 것으로 확인됐다.
연구 결과는 최근 국제 저명 학술지인 '어드밴스드 머터리얼즈)' 온라인에 게재됐다. 연구의 우수성을 인정받아 내부 표지논문(Inside Cover Article)으로 선정됐다. 이번 연구의 제1저자는 경북대 첨단소재연구소 윤영훈 박사후연구원과 한길상 성균관대 연구교수이다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단의 소재융합혁신기술개발사업·기초연구실후속연구지원사업·중견연구자지원사업과 과학기술정보통신부 ICT첨단유망기술육성사업, 산업통상자원부 에너지개발사업 지원을 받아 수행됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
