자율주행차 및 무인항공기 등 응용 기대
하나의 센서로 눈에 보이는 가시광 이미지와 눈에 보이지 않는 적외선 이미지를 구분해서 획득할 수 있는 듀얼 광센서가 개발됐다.
한국연구재단(이사장 이광복)은 허준석 교수(아주대), 유건욱 교수 (숭실대), 이규상 교수(버지니아대) 공동 연구팀이 새 이종접합 구조(게르마늄/이황화몰리브덴) 기반의 광센서를 제안하고, 이를 통해 가시광선과 적외선을 실시간으로 선택적으로 검출하는 데 성공했다고 밝혔다.
물체의 색깔 같은 가시광 이미지 뿐만 아니라 안개 같은 악천후나 야간에 유용한 적외선 이미지를 필요에 따라 선택적으로 얻는 것은 운전자 보조시스템이나 드론, 로봇 등 각종 비전 시스템의 중요한 이슈 가운데 하나이다.
기존에도 시야가 어두워질 때를 대비한 가시광선/적외선 동시검출 광센서가 연구됐지만 가시광 이미지와 적외선 이미지가 혼재하여 별도의 필터로 각 이미지를 구분해야 하는 번거로움이 있었다.
이에 연구팀은 별도 필터 없이 전압 조절만으로 가시광 이미지와 적외선 이미지를 구분해 얻을 수 있는 독특한 에너지 밴드 구조의 광센서를 설계했다.
차세대 반도체 소재로 많은 주목을 받는 2차원 이황화 몰리브덴을 게르마늄(p-타입)과 반데르발스 이종 접합해 기존 격자 상수로 제한되는 반도체 물질 조합에서는 얻을 수 없는 독특한 에너지 밴드 구조를 구현했다.
그 결과 전압에 따라 특정 파장 대역에 대한 암전류 및 광전류 증폭률을 조절, 가시광선만 검출하거나 적외선만을 검출했다.
실제 앞 뒤가 다른 패턴을 놓고 앞에서는 가시광선을, 뒤에서는 적외선을 검출하도록 함으로써 각각 다른 두 가지 패턴의 이미지를 얻는 데 성공했다.
허준석 교수는 “실제 적용을 위해 대면적 어레이 형태로의 확장과 대면적 2차원 소재에 직접 게르마늄 등의 반도체를 성장해 이종접합 구조를 구현하는 연구가 필요하다”고 말했다.
이번 연구는 국제학술지‘사이언스 어드밴시즈(Science Advances)’에 12월 15일(미국시간) 게재됐다.
