성균관대 정소희 교수팀, 자율주행차·보안카메라 차세대 '눈' 개발 … 세계 최고 성능 적외선 센서 개발

성균관대학교는 에너지과학과 정소희 교수 연구팀이 독성이 없는 친환경 소재인 ‘인듐비소(InAs)’ 기반 양자점을 활용해 세계 최고 수준의 성능을 갖춘 초고속 적외선 센서와 실시간 적외선 이미지 센서(카메라)를 잇달아 개발했다고 7일 밝혔다.

적외선 광센서는 어두운 밤이나 안개가 자욱한 환경에서도 물체를 정확히 식별할 수 있게 해주는 장치다. 자율주행자동차의 ‘눈’이라 불리는 라이다(LiDAR)와 야간 보안 감시, 의료용 이미지 촬영 분야의 핵심 부품이다. 하지만 기존에 사용되던 센서는 제작 비용이 매우 비싸고 공정이 복잡하다는 단점이 있었다. 이를 대체하기 위해 연구되던 기존 양자점 센서들도 인체에 해로운 납(Pb) 성분을 포함하고 있어 고성능·친환경 소재 개발이 절실한 상황이었다.

연구팀은 센서 내부에서 전기가 불필요하게 새어 나가는 ‘누설 전류’와 이로 인해 신호가 왜곡되는 문제에 주목했다. 연구팀은 소자 내부의 전기장을 정밀하게 조절할 수 있는 새로운 설계 방식을 제안했다. 그 결과, 누설 전류를 기존보다 1000배 이상 줄이는 데 성공했다. 빛을 감지하는 능력인 광검출도 역시 20배 이상 향상했다. 친환경 소자의 한계로 지적되던 느린 속도와 잡음 문제를 동시에 해결했다.

연구팀은 나아가 수만 개의 픽셀이 결합된 카메라 형태의 ‘적외선 이미저’를 세계 최초로 선보였다. 연구팀이 개발한 표면 처리 기술을 적용하면 눈으로는 볼 수 없는 밤이나 안개 속에서도 물체를 선명하게 식별할 수 있어 보안 산업 전반에 걸쳐 큰 변화를 가져올 것으로 기대된다.

정 교수는 “이번 연구 성과는 친환경 양자점 기술이 단순히 실험실 안의 연구에 머물지 않고, 실제 산업 현장에서 쓰일 수 있는 ‘이미징 시스템’ 단계까지 올라왔음을 의미한다”며 “앞으로 자율주행차뿐만 아니라 민간과 군사 분야를 아우르는 차세대 보안카메라 시장에서 우리나라가 핵심 기술을 선점하는 데 기여할 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야의 세계적 권위지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’와 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 지난 2일 각각 게재됐다. 박영상 박사가 제1저자, 정소희 교수가 교신저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리사업, 미래기술연구실 및 중견연구사업, 교육부의 이공분야 학술연구지원사업과 핵심연구지원센터, 산업통상부 산업혁신인재성장지원사업, 시장주도형 K-센서 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.