국내 연구진이 컬러필터 없이 적·녹·청(RGB) 빛 파장을 하나의 센서로 직접 구분할 수 있는 양자점(QD) 광센서 어레이 기술을 개발했다.
김현재 연세대 교수와 연구팀은 최근 다중 파장 영역에서 색을 정밀하게 구분할 수 있는 차세대 광 센서 기술을 개발하는 데 성공했다.
인듐갈륨아연산화물(IGZO) 기반 포토트랜지스터 위에 서로 다른 파장대의 빛을 흡수하는 QD를 정밀하게 배치한 것이 특징이다. 각 서브픽셀의 흡수 파장대가 다르기 때문에 가시광 영역 파장을 구분이 가능하다. R, G, B 광이 비춰질 때마다 반응하는 서브픽셀 수가 달라져 별도 컬러 필터 없이 색을 구분할 수 있다.
구체적으로 전기유체역학(EHD) 잉크젯 프린팅 기술을 활용해 녹색과 적색에 대응하는 QD를 수직 적층이 아닌 평면 배치했다. 청색 영역에 반응하는 IGZO 특성을 활용해 하나의 센서 어레이에서 색을 직접 구분하는 게 가능하다.
아울러 산소 플라즈마 처리를 통해 IGZO 내부 결함을 효과적으로 제어하도록 설계, 반복적인 빛 조사 환경에서도 빠르게 신호가 회복돼 안정적으로 동작하도록 했다.
기존에 색 분리 광센서는 컬러필터를 사용하거나 RGB 소자를 수직으로 쌓는 적층 구조에 의존해야 해 공정이 복잡하고 광 손실이 불가피했다.
연구진은 최근 자율주행을 비롯한 스마트 이미징 기술이 빠르게 발전하고 있어, 이 기술 기반 고성능 광센서의 활용 가능성이 높을 것으로 기대했다.
김현재 연세대 교수는 “양자점 프린팅 기술과 산화물 채널 결함 제어를 결합해 공정 복잡도를 낮추면서도 색 분리 성능과 소자 안정성을 동시에 확보했다”며 “향후 고해상도 이미지 센서와 지능형 광 감지 소자 분야로 기술을 확장해 나갈 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 세계적 학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈에 게재됐다.
김영호 기자 lloydmind@etnews.com
