개발한 광센서를 이용한 가시광 적외선 듀얼이미징. 앞뒤가 다른 ‘지킬앤드하이드’ 패턴을 이용해 가시광과 적외선을 선택적으로 검출할 수 있음을 검증했다. 앞에는 가시광선을 비추고 뒤에는 적외선을 비춘 상태에서 광센서의 동작모드를 제어해 두 가지 이미징 결과를 얻었다. [아주대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 하나의 센서로 눈에 보이는 가시광 이미지와 눈에 보이지 않는 적외선 이미지를 구분해서 획득할 수 있는 듀얼 광센서가 개발됐다.

한국연구재단은 아주대학교 허준석 교수, 숭실대학교 유건욱 교수, 미국 버지니아 공대 이규상 교수 공동 연구팀이 새 이종접합 구조(게르마늄‧이황화몰리브덴) 기반의 광센서를 제안하고, 이를 통해 가시광선과 적외선을 실시간으로 선택적으로 검출하는 데 성공했다고 28일 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 하나다.

기존에도 시야가 어두워질 때를 대비한 가시광선‧적외선 동시검출 광센서가 연구되었지만 가시광 이미지와 적외선 이미지가 혼재, 별도의 필터로 각 이미지를 구분해야 하는 번거로움이 있었다.

연구팀은 별도 필터없이 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 접합, 기존 격자 상수로 제한되는 반도체 물질 조합에서는 얻을 수 없는 독특한 에너지 밴드 구조를 구현한 것이다.

게르마늄 이황화몰르브덴 이종접합 광센서 모식도. [아주대학교 제공]

그 결과 전압에 따라 특정 파장 대역에 대한 암전류 및 광전류 증폭률을 조절, 가시광선만 검출하거나 적외선만을 검출할 수 있었다.

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 설명했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 차세대지능형반도체 기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’에 12월 15일 게재됐다.