화학연·표준연·전북대 연구팀 성과…투명 유연 디스플레이 등에 활용 종이보다 얇은 이차원 박막 반도체를 빛으로 땜질 가공하는 차세대 반도체 기술이 개발됐다. 이차원 박막 반도체는 그래핀처럼 얇은 두께, 투명성, 유연함 등 장점이 있으면서도 그래핀과 달리 반도체 성질을 띠고 있어 2010년 첫 발견 이후 차세대 디스플레이, 광센서·반도체 소자로 주목받고 있다. 21일 한국화학연구원에 따르면 이차원 박막 반도체를 반도체 소자 등으로 활용하려면 표면에 패턴·회로를 만드는 기술, 즉 실시간 패터닝 가공 기술이 필요하다. 하지만 이차원 박막 반도체는 두께가 원자층(0.62㎚ 내외) 정도로 매우 얇아 손상이 잘 된다. 기존 반도체 가공기술인 열 가공·이온 주입·플라스마 등은 박막 표면이 손상될 위험이 있고, 원하는 위치에 패터닝하기 위해서는 추가 비용과 공정이 필요하다. 가공 시간이 수 분에서 수 시간까지 길어져 생산성이 떨어지는 단점도 있다. 화학연 김현우 박사·한국표준과학연구원 신채호 박사·전북대 김태완 교수 공동연구팀은 이차원 박막 반도체 위에 레이저 빛을 쪼아 납땜질하듯이 패터닝하는 가공 기술을 개발했다. 이 기술은 박막 반도체 손상 없이 수초 내 거의 실시간으로
외부 전기장 활용해 고효율 광센서를 구현할 원천기술 개발 성공 반도체 공정 과정의 효율성을 향상하여 향후 다양한 IoT과 VR/AR기기 등에도 적용 가능할 것으로 기대 DGIST 에너지공학과 이종수 교수 연구팀은 한국과학기술연구원(KIST) 황도경 박사 연구팀과 함께 반도체 적층과 도핑공정이 필요 없는 차세대 광센서를 개발하는데 성공했다고 24일 밝혔다. 전자기기의 변화를 감지하는 센서 중에서도 광센서는 빛의 양, 물체의 모양이나 상태, 동작 등을 감지한다. 이때문에 광센서는 인간의 시각기능에 비유하기도 한다. 광센서를 만들기 위해서는 빛의 파장에 반응하는 반도체 물질이 있어야 한다. 주로 쓰이는 3차원 반도체는 서로 다른 성질을 가진 반도체와 금속을 물리적으로 붙인 것이기 때문에 접합 부위에서 전자의 이동이 방해받아 고성능 전자기기 개발이 힘들어진다. 반면, 2차원 반도체는 평면을 따라 이동하기 때문에 외부의 방해로부터 자유로워 빠른 속도로 이동할 수 있는 이상적인 조건을 가진다. 그러나 2차원 반도체는 빛에 의해 생성되는 전자/홀 쌍, 즉 엑시톤 분리에 필요한 높은 에너지 장벽을 가지고 있어 실제 광전소자 적용에 한계가 있었다. 이에 DGIST 이종수 교
헬로티 이동재 기자 | 엔코더 센서 전문기업 바투잼은 광센서를 전문으로 개발하는 벤처기업이다. 한국표준과학연구원에서 원천기술을 개발한 연구자가 2018년 회사를 설립했다. 이 회사의 주력 제품인 다축 광엔코더 센서 MAPS는 쉽고 정밀하게 장비를 제어할 수 있고 장비의 유지가 편리해지는 스마트 기능을 제공한다. 바투잼의 김재완 대표는 “현실에 안주하지 않고 도전의 즐거움을 느끼는 조직으로 성장하는 것이 바람”이라고 말했다. Q. 바투잼의 주력 아이템을 소개해달라. 바투잼의 다축 절대좌표/자세 센서(MAPS)는 3차원 공간에서 물체의 6자유도 정보를 나노미터의 분해능으로 측정할 수 있는 세계 최초의 광엔코더 제품이다. 정밀한 정렬장비에 적용하면 더 쉽고 정밀하게 장비를 제어할 수 있고, 장비의 유지가 편리해지는 스마트 기능을 제공한다. Q. MAPS가 스마트 팩토리 영역에서는 어떤 역할을 수행하나. 스마트 팩토리에선 장비, 모듈, 부품이 중앙제어를 따르기보다, 각자가 자율적으로 주어진 명령을 수행하고 결과에 문제가 없는지를 판단한다. 예를 들어, 장비의 주요 모듈인 스테이지의 경우, 정밀도가 높아지면 내재하는 오차 요인 때문에 기존의 엔코더 센서로는 스테이지의
헬로티 함수미 기자 | 국내 연구진이 지문 인식 센서의 성능을 높일 수 있는 지문 센서를 개발했다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 포스텍, 클랩과 기존보다 두께도 얇고 인식 범위도 전면으로 넓힐 수 있는 지문 센서를 개발했다고 밝혔다. 소재도 구하기 쉽고 기존 제조 공정을 활용할 수 있어 빠른 상용화를 이루는 데도 유리할 전망이다. 비밀번호나 공인인증서와 달리 생체 인식 기술은 고유한 신체 특징을 활용하기에 보안성이 높다. 그중 지문 인식 기술은 사용 거부감이 적고 인식 속도도 빨라 ATM, 스마트폰 등 적용 분야가 빠르게 늘어나고 있다. 지문인식은 주로 손에 빛을 쏘면 지문 굴곡으로 인해 달라지는 음영을 센서로 수집해 이미지를 추출하는 방식으로 이뤄진다. 이런 방식의 장치는 크게 광센서와 산화물 박막트랜지스터 어레이로 구성된다. 광센서는 빛의 음영을 전기에너지로 변환하고 산화물 박막트랜지스터 어레이는 전기에너지를 활용해 지문 이미지로 추출하는 역할을 한다. 기존에는 광센서를 만드는 데 주로 실리콘을 사용했다. 하지만 연구진은 비스플루로페닐 아자이드라는 물질을 도핑한 유기물을 사용해 혁신을 이뤘다. 유기물은 실리콘보다 광 흡수능력이 크기 때문에 실리콘보다 작
헬로티 김진희 기자 | 한국광기술원이 산업통상자원부 국가기술표준원이 주최한 ‘제51회 계량측정의 날’ 기념식에서 대통령 단체 표창을 수상했다고 26일 밝혔다. 국내 유일의 ‘광융합기술전문연구소’인 한국광기술원은 광기술을 기반으로 계량측정 기술과 제품을 개발하고, 사업화 지원을 통해 수입대체 효과 창출과 동시에 광관련 분야 KOLAS 시험·교정·검사 기관으로써 기업의 시장진출과 매출향상에 기여하는 등 국내 계량측정산업 발전에 크게 기여한 공로를 인정받아 대통령 단체 표창을 받았다. 특히 한국광기술원은 ▲광센서(안전진단용 광섬유센서기술, 고속레이저 센서기술, 광음향센서 기반 점도 측정장치), ▲조명(국내최초 차량탑재형 빛공해 고속휘도측정시스템, 플렉서블 OLED 성능요구사항 제안), ▲광의료 · 바이오(세계최초 마이크로LED를 이용한 약물 스크리닝 시스템, 3차원 고속 망막 광간섭단층영상기기 개발), ▲광부품(라이다용 VCSEL 광원 기술, 풀컬러마이크로LED 기술) 개발에 역량을 집중하여 안전하고 편리한 국민의 삶의 질 향상에도 기여해 왔다. 한편, 올해 개원 20주년을 맞은 한국광기술원은 2005년 KOLAS 시험기관, 2006년 KOLAS 교정기관, 최근에
헬로티 이동재 기자 | 한국광기술원과 에니트가 광센서 기술과 인공지능 기술을 접목한 경계감시용 광센서 시스템을 개발했다고 지난 17일 밝혔다. 해당 시스템은 발전소, 철도시설, 송유관 등 국가 주요 인프라와 보안시설 등에 활용할 수 있을 전망이다. 기존에 사용되고 있는 보안용 CCTV나 적외선 영상시스템은 사각지대나 낮은 해상도로 인해 감시범위가 좁고, 상시 모니터링 요원이 지켜봐야 하는 단점이 있으며, 전자기파센서 및 압전센서 등은 침입체에 대한 정보 분석이 어렵고, 바람이나 낙엽 등에 의한 오경보율이 높다는 문제점이 있다. 한국광기술원 광정밀계측연구센터와 에니트가 공동으로 개발에 성공한 해당 기술은 수 km 이상 길이의 광섬유를 경계망에 설치해, 주변의 진동 때문에 달라지는 이상신호를 1m 정도의 정밀도로 수집한 실시간 정보로 3D 분포도를 만든 후, 딥러닝 방식의 학습 알고리즘을 적용해 침입여부와 침입위치 정보를 얻을 수 있다. 한국광기술원 측은 기술을 활용하면 침입체 규명과 침입체의 진행방향, 속력, 규모 등도 판별해 낼 수 있으며, 수십 km 이상 넓은 범위에서 경계감시가 가능하다고 밝혔다. 또한, 광케이블이 센서와 신호선의 역할을 동시에 수행하기
[헬로티] KAIST와 경북대학교, 호주국립대학교 교수연구팀은 공동연구를 통해 초소형·저전력·저잡음 브릴루앙 레이저를 구현하는 데 성공했다고 23일 밝혔다. ▲브릴루앙 레이저의 제작원리, 구동원리 및 응용분야 소개 주파수의 흔들림이 거의 없는 초소형·저전력·저잡음 광원은 차세대 초정밀 광센서 구성에 필요한 핵심 소자다. KAIST 물리학과 이한석, 이용희 교수 공동연구팀과 경북대학교 최무한 교수, 호주국립대학교 최덕용 교수로 이루어진 공동연구팀은 기존에 주로 사용돼온 물질보다 브릴루앙 산란 현상이 수백 배 잘 일어나는 칼코겐화합물 유리를 기반으로 브릴루앙 레이저를 개발해 성능을 극대화했다. 칼코겐화합물 유리는 화학적 불안정성으로 칩 상에서 식각을 통한 성형이 어렵다는 문제가 있었다. 연구팀은 증착 과정에서 자발적으로 광소자가 구성되는 새로운 제작 기법을 개발해 이 문제를 해결했고, 칼코겐화합물을 통한 기존보다 100배 이상 성능의 브릴루앙 레이저를 개발한 것이다. 연구팀이 개발한 제작 기법을 비유하자면 겨울철 지붕 위에 쌓인 눈의 형태가 지붕의 형태에 의해 정해지기 때문에 눈을 직접 만지지 않고서도 지붕의 형
[첨단 헬로티] 삼성, 반도체·디스플레이 분야 180조 투자에 협력사들 ‘반색’ 발루프 초소형 광센서 ‘MicroMote’, 다양한 분야 핵심 역할 인공지능(AI)과 자율주행차 시대의 도래로 반도체 슈퍼사이클이 장기간 이어질 것으로 예상된다. 최근 국제반도체장비재료협회가 발표한 세계 팹 전망 보고서에 따르면 2019년 반도체 팹 장비 투자는 5% 성장하며, 4년 연속 주목할 만한 성장을 보일 것으로 전망된다. 이러한 가운데 삼성전자가 향후 3년간 반도체와 디스플레이 산업 분야에 180조원을 투자하기로 발표함에 따라 관련 업계에서는 큰 기대를 모으고 있다. 삼성전자 관계자의 따르면 국내 투자 금액만 130조원에 달해 사상 최대 규모 투자가 집행되며 국내 시설 및 R&D, 상생 등에 사용할 계획이다. 가장 많은 투자가 집중되는 분야는 단연 반도체·디스플레이 관련 시설과 R&D다. 이와 관련해 삼성전자의 반도체·디스플레이 협력사들이 크게 환영의 뜻을 내비췄다. 삼성전자의 반도체 시장 투자 규모와 매출, 실적에 따라 협력사들의 실적과 매출이 결정되기 때문이다. 대표적인 협
국내 연구진이 그래핀과 실리콘반도체를 접합하여 시너지 효과로 성능이 보다 강화된 광센서를 개발했다. 광주과학기술원 신소재공학부 이병훈 교수 연구팀은 최근 그래핀과 반도체 접합면에서의 특이한 전하이동 현상을 이용, 저전력 고성능 광센서를 개발했다고 밝혔다. ▲ 광주과학기술원 신소재공학부 이병훈 교수 광센서는 빛에너지를 흡수하여 전기에너지를 출력하는 장치로, 디지털카메라, 자율주행차, 광통신 등 활용되는 산업분야가 늘어나고 있다. 최근에는 특히 감도가 높고 제조비용이 저렴한 보급형 광센서에 대한 관심이 높아지고 있다. 연구팀은 그래핀의 탁월한 전기이동도, 실리콘반도체의 빛에너지 흡수 능력 뿐만 아니라, 이들의 접합면에서 발생하는 특이한 전류 증폭 현상을 이용했다. 이들의 접합을 통한 상승효과는 지금까지의 광센서에서 알려지지 않은 새로운 작동 원리이다. ▲ 그림. 개발한 그래핀-실리콘 광검출기 모식도 개발된 센서는 광반응성, 누설 전류량, 광검출 측면에서 가장 뛰어난 상용 광센서보다 수십 배 우수한 성능을 보였다. 또한 그래핀을 반도체에 접합하는 공정이 매우 간단하여 광센서 제작단가를 현저히 낮출 수 있다. 이병훈 교수는 “이 연구는 기존 그래핀 또는
유연성 갖춘 소자 상용화의 발판 마련 국내 연구진이 용액공정을 통해 가시광선부터 근적외선까지 감지할 수 있는 고감도 유연 광센서를 개발했다. 이번 개발에 성공한 연세대학교 박철민 교수팀에 따르면 차세대 반도체 물질인 전이금속 디칼코게나이드계 화합물(transition metal dichalcogenide, 이하 TMD)을 다양한 유기용매 내에 분산시킬 수 있어 넓은 파장 센싱이 가능해졌다. 또한 용매에 분산된 TMD-고분자 화합물은 안정적인 상태의 고농도 물질로 용액공정을 통한 박막 제작이 가능하기 때문에 대(大)면적 수광센서 소자가 구현됐다. 박철민 교수는 “이번 연구에서 제조된 광검출 소자는 기계적 유연성을 갖췄고 파장제어도 가능해, 현재 연구되고 있는 의료용 수광 바이오 센서 등으로 활용될 가능성이 높다”고 기대했다. 연구 결과물은 재료 분야의 권위 있는 학술지인 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)지 온라인판 9월 2일(한국 시간) 자에 게재됐다. 그림. 말단 관능화된 고분자를 이용한 TMD의 액상 분리 추경미 기자 (ckm@hellot.net)
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