광대역 고속 광센서로 자율주행자동차 등에 활용 가능
숭실대학교(총장 장범식)는 IT대학 전자정보공학부 이찬호 석사과정생(유건욱 전자정보공학부 지도교수)이 아주대 전자공학과 허준석 교수 연구팀과 공동으로 연구한 <초고속 광대역 광센서를 위한 p-형 텅스텐 다이셀레나이드/n-형 저마늄 이종접합 반도체 설계>가 재료분야 국제학술지인 「어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)」(피인용지수 18.808)> 온라인 판에 게재됐다고 19일 밝혔다.
이온 주입 공정 시뮬레이션을 통해 설계된 이종접합 광센서 모식도. 연구팀은 p-타입의 텅스텐 다이셀레나이드(p-WSe2)를 n-Ge 기판 위 정렬된 위치에 전사하여 p-WSe2/n-Ge이종접합 다이오드를 만들고, 이를 이용해 500 nm 근방부터 1550 nm 파장에 이르는 광대역 검출 소자를 실험적으로 확인했다.
기존 적외선 센서는 주로 화합물반도체를 이용하기 때문에 성능은 좋지만 기존 실리콘 방식과 집적하기 어렵고 비용이 비싸다는 단점이 있다. 이에 공동연구팀은 4족의 저마늄(Germanium) 반도체와의 이종 접합 구조를 시도한 끝에 ‘광대역 고속 광센서’를 개발했다.
공동연구팀이 개발한 광대역 고속 광센서는 가시광과 적외선을 동시에 검출할 수 있기 때문에 우리 눈에 보이는 가시광 이미지뿐만 아니라 적외선 이미지 확보가 가능하다. 낮에는 가시광을 이용해 사물을 인식하고, 야간에는 적외선으로 장애물을 확인할 수 있기 때문에 운전자 보조 시스템, 자율주행 자동차 등에 활용이 가능할 것으로 기대된다. 또한 해당 반도체 접합 구조를 이론적인 계산(DFT)으로 예측하고, 이온 주입 공정의 포괄적인 전산모사(TCAD)를 통해 제안된 이종 접합 광센서가 목적에 따라 반응 속도 또는 반응도 측면에서 최적화될 수 있음을 보였다.
숭실대 유건욱 전자정보공학부 교수는 “기존 화합물 반도체보다 공정이 단순하고 비용이 저렴할 뿐 아니라, 실리콘 방식과 집적 가능하다는 장점이 있다”며 “고속의 광대역 광센서를 활용할 수 있는 범위는 무궁무진할 것”이라고 밝혔다.
해당 연구는 연세대학교 시스템반도체공학과 장지원 교수, 전자공학과 금현성 교수 연구팀이 공저자로 참여하였으며, 한국산업기술평가관리원(KEIT)의 나노융합산업핵심기술개발사업과 한국연구재단(NRF)의 차세대지능형반도체기술개발사업 및 기초연구실지원사업의 지원을 받아 수행되었다.
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