안개 속까지 들여다 보는 센서 소재를 만들었다

[파이낸셜뉴스] 한국표준과학연구원(KRISS) 반도체디스플레이측정그룹 이상준 박사팀이 초고감도 단파장 적외선(SWIR) 센서에 들어가는 화합물 반도체 소재를 개발했다.

이상준 박사는 30일 "이번 개발한 소재는 즉시 상용화 가능한 수준으로 전투기용 레이더, 의약품 결함 검사, 폐플라스틱 재활용 공정 등 미래산업 분야에 폭넓게 활용될 것"이라고 말했다.

화합물 반도체 소재는 국가 전략물자로 해외 수입이 쉽지 않아 독자적인 기술 확보가 필요하다.

단파장 적외선(SWIR)은 연기, 안개 등을 잘 투과하고 물체가 가진 고유의 빛 스펙트럼을 탐지할 수 있어 자율주행 차량 카메라, 스마트 IoT 센서 등 첨단산업 분야의 눈으로 쓰인다.

현재 SWIR에 가장 흔히 쓰이는 화합물 반도체 소재는 인듐-포스파이드(InP) 기판 위에 인듐-갈륨-아세나이드(InGaAs)를 광 흡수층으로 증착시킨 인듐-갈륨-아세나이드 소재다.

하지만 인듐-갈륨-아세나이드 소재는 제작 공정에서 발생하는 격자 불일치와 자체 물성의 한계로 인해 일정 성능 이상의 SWIR 센서를 제작하기엔 어렵다.

연구진은 인듐-포스파이드(InP) 기판 위에 인듐-비소-포스파이드(InAsP)를 광 흡수층으로 성장시킨 인듐-비소-포스파이드 소재를 새롭게 개발하는 데 성공했다. 기존 인듐-비소-포스파이드 소재보다 상온에서 신호 대비 잡음이 낮아 신뢰도가 높고, 성능 저하 없이 광검출 가능한 대역도 1.7㎛에서 2.8㎛까지 넓어졌다.

이 기술의 핵심은 격자 불일치를 완화하는 메타모픽(격자이완층)을 제작해 도입한 것이다. 연구진은 기판과 광 흡수층 사이에 As와 P의 비율을 단계적으로 조성한 메타모픽 구조를 삽입하였다.

이는 물성과 격자 크기가 다른 두 박막이 직접 충돌하지 않도록 완충 역할을 한다. 그 결과, 격자 변형을 크게 완화해 높은 품질은 유지하면서 밴드갭을 유연하게 조절할 수 있는 신소재를 만들수 있었다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 화합물 반도체 소재를 세계적인 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자