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모형 자동차의 고속 주행 인식 실험도. |
[대학저널 온종림 기자] 아주대학교 연구진이 산화물 반도체 기반의 초고속·고감도 광대역 광학 검출 소자를 개발했다. 고성능 광센서가 필요한 자율주행차, 우주 및 군사 시설, 의료 분야 및 신재생 에너지 분야에 활용이 기대된다.
아주대 첨단신소재공학과 서형탁 교수 연구팀은 반도체 결정 구조의 이완으로 발생하는 변전효과와 초광전자 효과 초광전자(Pyrophotronic) : 빛이 물질의 표면에 입사될 때 빛에너지가 온도로 전환되어 바닥에너지의 전자가 높은 에너지상태로 여기된 것.
에 의해 우수한 성능을 가지는 이산화티타늄 기반 적외선 광센서를 개발했다.
아주대 연구팀은 기존 연구에서 수 나노미터(nm) 나노미터 : 1나노미터는 10⁻⁹m. 나노미터는 미터의 십억분의 일에 해당하는 길이의 단위다
스케일의 국소효과로 알려져 있었던 변전효과가 중심대칭을 지니는 산화물과 금속의 이종접합에 대해서는 훨씬 많은 수 밀리미터까지 영향을 미칠 수 있음을 밝혀냄으로써 광센서 소자에 적용할 수 있게 됐다. 이를 통해 자외선, 가시광선뿐 아니라 적외선 파장의 빛에 대해서도 기존의 상용 센서를 능가하는 높은 민감도와 속도, 검출률을 보이는 광센서 구조를 개발하는 데 성공했다.
개발된 센서는 적외선(365nm)부터 중적외선(1720nm)까지 광대역의 광검출이 가능하다. 더불어 자가전력으로 동작하여 별도의 전원이 필요 없고, 초당 천만 비트 이상 수준의 초고속 감지가 가능하다. 아주대 연구팀은 새로운 소자를 이용, 야간에서 720km/hr의 속도로 이동하는 물체를 근적외선 감지 방식으로 식별할 수 있음을 개념 실험을 통해 증명했다.
서형탁 교수는 “이 방식을 응용하면 기존에 나와 있는 저가형 범용 소재를 이용해 우수한 성능의 광센서를 구현할 수 있어 자율주행, 의료, 우주 및 군사, 신재생 에너지, 사물 인터넷, 광통신 등에서 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다.
이번 연구는 ‘초고속 야간 투시 모니터링을 위한 중심 대칭 이종접합에서의 밀리미터 범위의 변전-초광전자 효과(Millimetre-range Induced Flexo-Pyrophotronic Effect in Centrosymmetric Heterojunction for Ultrafast Night-Photomonitoring)’라는 제목으로 지난 2월 재료·소재 분야 최상위권 저널인 ‘Advanced Functional Materials)’ 온라인판에 실렸다.
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