'자율주행차의 눈' 중적외선 카메라 핵심소재 국산화 도전[소재혁신 드림팀이 떴다]

③ 초격자 소재 연구단
초격자 반도체 소재부터 개발
얇은 막 구조 840층 쌓는게 핵심
국내 기술수준은 선진국의 70%
미국·일본 등 해외 의존도 높아

한국과학기술연구원 한일기(오른쪽) 책임연구원과 강준현 선임연구원이 초격자 반도체 소자의 성능을 테스트하고 있다. 한국과학기술연구원 제공

눈으로 보지 못하는 영역을 감지할 수 있는 초격자 반도체 부품을 국산화하는 연구개발(R&D)이 시작됐다. 이 초격자 반도체는 자율주행차의 눈에 해당하는 라이다와 극소량의 유독가스도 검출해내는 가스센서를 만들 수 있게 한다.

7일 관련 업계에 따르면 라이다 센서는 첨단 운전자 보조시스템(ADAS) 시장의 80%를 차지, 2030년엔 14조원대 시장으로 성장할 것으로 전망된다.

이는 과학기술정보통신부가 '소재혁신선도프로젝트' 연구단을 가동, 핵심소재 공급을 안정화하면서 미래 소재시장을 선점할 수 있는 R&D사업을 진행하는 이유다.

특히 '초격자 소재 연구단'은 고투시성 이미징용 초격자 반도체 소재 R&D를 맡아 진행하고 있다.

이 연구단은 한국과학기술연구원(KIST) 한일기 책임연구원의 지휘 아래 산학연 연구자들이 5년간 R&D에 집중한다.

한일기 연구단장은 "소재 국산화라는 호랑이 등에 올라탔으니 어떻게 해서든 꼭 만들어낼 것"이라고 각오를 다졌다.

■얇은 막 840층 쌓는 기술

먼저 초격자 소재 연구단은 초격자 반도체 소재부터 개발키로 했다. 이를 이용해 중적외선 영역의 빛을 만들는 게 두번째 단계다. 이어 이 빛을 이용한 '액티브 이미징 시스템'을 개발하는 순이다. 중적외선 빛을 만드는 초격자 반도체는 고도의 기술이 필요하다는 게 연구단 측 설명이다.

초격자 소재 구조를 살펴보면 인듐갈륨아사나이드와 인듐알루미늄아사나이드라는 화합물을 얇게 쌓아 만든다. 최대 5.4nm(1나노미터는 10억분의 1ｍ)부터 0.9nm까지 원자 2~3개 정도의 얇은 막 840여층을 쌓아야 한다. 이런 기술은 아직 국내에 성숙되지 않아 해외에 의존하고 있는 상황이다. 이런 기술은 미국과 일본, 스위스, 프랑스, 영국 등 만이 갖고 있다.

다행히 KIST는 지난 2000년 초반부터 이와 관련된 연구를 진행해 선진국 대비 70%수준의 기술을 보유하고 있다. 한 단장은 "이번 과제를 통해 R&D가 성공한다면 충분히 선진국 수준까지 도달할 수 있다"고 자신했다.

■한계 뛰어넘는 중적외선 이용

무엇보다 액티브 이미징 시스템은 인간의 눈과 적외선(IR) 카메라로도 보기 어려운 극한 환경에서도 볼 수 있는 이미지를 만들어내는 게 특징이다. 현재 쓰이고 있는 IR 카메라는 사물 자체에서 내뿜는 열을 감지해 이미지화한다. 하지만 불꽃 뒷편에 있는 사람이나 사물은 볼 수 없는 게 한계다.

하지만 액티브 이미징 시스템은 중적외선을 발사해 반사된 빛을 검출기로 영상화 할 수 있다.

또 중적외선 레이저만으로도 가스센서를 만들 수 있다. 각각의 가스마다 가지고 있는 고유의 파장을 잡아내는데 중적외선이 탁월하다.

종전 가스센서는 근적외선이나 가시광선을 이용해 1㎥의 대기에서 1㏄정도의 가스를 감지할 수 있다. 중적외선을 이용한 가스센서의 경우 기존 센서보다 1000배 이상 민감하게 측정을 할 수 있다.

이를 이용해 대기오염 농도를 측정하거나 군에서 화학무기를 탐지하는데 쓰일 수 있다.

[e-mail] 김만기 기자