기존 센서에 비해 전력효율이 좋고 크기가 작은 고성능 이미지 센서를 구현할 수 있는 차세대 고해상도 이미지 센서 기술이 나왔다. 이 기술은 세계적으로 일본 소니가 주도하는 초고해상도 단파적외선(SWIR) 이미지 센서 기술의 원천 기술에 해당된다는 점에서 주목된다. 이로써 디지털카메라, 보안 시스템, 의료·산업용 이미지 센서 응용 분야, 자동차 자율주행, 항공·위성 관측 등 초고해상도 이미지 센서의 실현 가능성을 크게 높였다.
김상현 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 교수팀은 금대명 인하대 교수, 임진하 미국 예일대 박사후연구원과 함께 개발한 초박형 광대역 광다이오드(PD)가 고성능 이미지 센서 기술에 새로운 전환점을 마련했다고 20일 밝혔다.
이번 연구는 광다이오드의 기존 기술에서 나타나는 흡수층 두께와 양자 효율 간의 상충 관계를 획기적으로 개선한 것이다. 1㎛(마이크로미터·100만분의 1m) 이하의 얇은 흡수층에서도 70% 이상의 높은 양자 효율을 달성했다. 이 기술은 기존 기술을 통한 흡수층 두께를 약 70% 감소시켜 간단한 화소 공정을 통해서도 높은 해상도를 구현하고 원가 절감도 꾀할 수 있는 특징이 있다. 일반적으로 흡수층이 얇아지면 장파장의 빛 흡수가 줄어드는 문제가 있다.
연구팀은 도파모드공명(GMR) 구조를 도입해 400㎚(나노미터·10억분의 1m)에서 1700㎚에 이르는 고효율의 광 흡수를 유지할 수 있음을 입증했다. 이 파장 대역은 가시광선 영역뿐 아니라 단파 적외선 영역까지 포함해 다양한 산업 분야에서 응용할 수 있다. 김 교수는 “단파 적외선 영역의 성능 향상은 차세대 이미지 센서 개발로 이어지게 된다”며 “GMR 구조 도입으로 해상도는 물론 다른 성능까지 높일 수 있다”고 설명했다.
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