고려대·KIST, 초미세 신호 잡는 신개념 '자가 필터링' 센서 개발

전압 방향 전환만으로 가시광·적외선 선택적 분리 추출 성공

유기물·양자점 독창적 결합…학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 게재

[서울=뉴시스] '유기/양자점 단일형 광검출기' 소자 개략도와 광검출 성능 지표 및 실리콘 웨이퍼 정렬 시연 결과. (사진=고려대 제공) 2026.06.15. [email protected] *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 국내 연구진이 극한의 어둠 속에서도 가시광선과 적외선 신호를 완벽하게 분리해 감지하는 신개념 광검출기를 개발했다.

고려대는 전기전자공학부 심재원 교수와 신소재공학부 오승주 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 박민철 박사 공동 연구팀이 초미세 가시광 및 단파적외선 신호를 선택적으로 감지하는 '유기/양자점 단일형 광검출기'를 개발했다고 15일 밝혔다.

자율주행, 차세대 반도체 공정 등 다양한 첨단 분야에서 수요가 급증하고 있는 '이중 스펙트럼 광검출기'는 가시광선과 적외선의 신호 간섭을 막기 위해 전하 수송 중간층을 삽입해야 한다. 다만 이는 소자 구조를 복잡하게 만들고, 미세 신호 감지를 방해하는 '계면 노이즈'를 유발하는 문제가 있었다.

연구팀은 이러한 난제를 극복하기 위해 유기물과 양자점(Quantum dot) 반도체를 결합한 하이브리드 구조를 채택하고, 두 소재가 스스로 가로·세로 방향으로 정렬하게 만드는 독창적인 구조 제어 기술을 도입했다.

이를 통해 복잡한 중간층 없이도 '광검출층' 자체가 광학적·전기적 신호를 선별하는 '자가 필터링' 기능을 갖추게 했다. 그 결과, 전압의 방향을 플러스나 마이너스로 전환하는 단순한 조작만으로도 가시광선과 적외선 신호를 방해 없이 효과적으로 분리 추출하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 '유기/양자점 단일형 광검출기'는 빛의 간섭 현상을 가시광선 대역과 단파적외선 대역 모두에서 기록적인 수준으로 낮췄다. 또한 기기 오작동을 유발하는 노이즈 전류를 극도로 억제해 가시광선과 적외선 전 영역에서 압도적인 빛 감지 능력을 증명했다. 

특히 연구팀이 개발한 특수한 구조 덕분에 가시광선 대역에서 센서가 인식할 수 있는 빛의 범위가 기존 대비 100배 더 어두운 영역까지 확대됐다. 이 기술은 반도체 3차원 적층 및 패키징 공정의 핵심인 '실리콘 웨이퍼 정렬'에도 적용 가능하다.

심 교수는 "유기 반도체 소재의 '모폴로지(Morphology)' 자체를 기능적 설계 도구로 정립해 기존 소자의 구조적·물리적 한계를 극복했다는 데 큰 의의가 있다"며 "반도체 양산 공정은 물론 의료, 자율주행 등 차세대 산업 현장에 적용할 수 있는 범용적 기반 기술이 될 것"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 온라인에 지난 12일 게재됐다.


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