1MHz 응답속도, 각도 무관 장거리 통신 구현
군사·헬스케어 적용 가능한 초유연 광센서 완성
차세대 웨어러블 통신과 군사·헬스케어 기술에 활용 가능한 초박막·초유연 광센서 기술이 국내 연구진에 의해 구현됐다. 피부에 밀착해 부착할 수 있으면서도 장거리·고속 근적외선 통신이 가능해 웨어러블 광통신 기술의 활용 범위를 크게 넓힐 것으로 기대된다.
아주대학교는 아주대와 서울시립대학교 공동 연구팀이 두께 3마이크로미터(μm) 수준의 초박막·초유연 근적외선 광센서를 개발했다고 5일 밝혔다.
이 센서는 기존 광센서보다 응답 속도와 감도가 뛰어나고, 피부 부착 환경에서도 안정적으로 작동하는 유연성을 갖췄다.
근적외선 유기 광검출기(NIR-OPD)는 눈에 보이지 않는 근적외선 영역의 빛을 전기 신호로 변환하는 유기 반도체 기반 센서로, 생체 신호 감지와 무선 광통신, 휴먼-머신 인터페이스 등 다양한 분야에서 주목받고 있다. 다만 기존 기술은 응답 속도와 감도, 유연성을 동시에 확보하기 어렵다는 한계가 있었다.
공동 연구팀은 광활성층과 정공 운송층 사이에 카바졸 기반 아인산(PACz) 박막을 도입하고, 여기에 브롬을 적용해 전하 이동 경로를 정밀하게 제어하는 계면공학 전략을 적용했다. 이를 통해 극히 얇은 두께에서도 전하 전달 효율을 높이고, 고속 응답성과 기계적 유연성을 동시에 확보했다.
그 결과 두께 3μm의 초박막 구조에서도 1MHz 이상의 근적외선 응답 속도와 높은 검출도를 구현했으며, 빛의 입사각과 관계없이 0~90도 전 범위에서 안정적인 성능을 유지하는 데 성공했다. 실제 사람 피부에 부착한 상태에서도 100m 이상 떨어진 거리에서 전송되는 영상의 오디오 신호를 안정적으로 수신하는 시연을 통해 실사용 가능성도 입증했다.
연구진은 이 기술이 초박막·초유연 구조를 기반으로 실제 인체 환경에서도 안정적으로 동작할 수 있어, 차세대 웨어러블 통신은 물론 군사·보안 분야와 헬스케어 센서 기술 등으로 확장될 수 있을 것으로 보고 있다.
박성준 교수는 “이번 연구는 웨어러블 기반 광통신과 차세대 헬스케어 기술의 실질적 적용 가능성을 크게 높였다”고 밀했다.
연구 성과는 '각도 무관·장거리 근적외선 통신이 가능한 피부 부착형 MHz급 유기 광검출기 개발'Skin-Conformal MHz-Speed Organic Photodetectors for Angle-Free and Long-Range Near-Infrared Communication'이라는 제목으로 국제 학술지 Nature Communications에 지난해 12월 게재됐다.
수원=김동성 기자 estar@etnews.com
