KAIST 연구팀, 냉각장치 없이 작동하는 중적외선 광검출기 개발

(대전ㆍ충남=뉴스1) 양상인 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 김상현 교수 연구팀이 상온에서 냉각 장치 없이 안정적으로 작동하는 중적외선 광검출기 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

중적외선 분석은 '광학지문' 이라고 불리는 중적외선의 분자별 흡수 특성을 이용해 대기 성분을 분석하는 기술로 NASA의 제임스웹 우주망원경도 중적외선 광검출기를 이용해 외계 행성 대기 내 분자 성분을 분석한다.

아주 약한 빛까지 감지할 수 있는 특성으로 환경 모니터링, 의료 진단, 우주 관측 등 분야에서 핵심 기술로 평가받는다.

기존 중적외선 광검출기는 사용 시 발열 문제로 냉각 시스템이 반드시 필요하고 실리콘 기반 반도체 제조(CMOS) 공정과 호환되지 않아 소형화 및 대량 생산이 어려웠다.

연구팀은 실리콘과 동일한 4족 원소인 저마늄을 기반으로 초소형 도파로(빛을 손실 없이 통과시키는 원리)형 중적외선 광검출기를 개발했다.

연구팀은 볼로미터 효과(빛 흡수로 발생하는 온도 변화를 전기 신호로 감지하는 원리)를 활용해 냉각장치 없이 상온에서도 넓은 중적외선 영역에 대한 높은 검출 성능을 확보하는 데 성공했다.

특히 연구팀은 이 광검출기를 초소형·초박형 광학 센서에 적용한 실험을 통해 이산화탄소가스를 실시간으로 검출하는 데 성공, 환경 감시 및 유해가스 탐지 분야에 실제 활용될 수 있음을 증명했다.

이번 기술은 기존 중적외선 광검출기가 가진 높은 비용과 복잡한 제조 공정 문제를 해결할 수 있어 향후 환경 모니터링, 의료, 스마트 디바이스, 국방 등의 분야에서 사용될 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다.

김 교수는 “기존 중적외선 센서 기술의 한계를 극복한 새로운 접근 방식으로, CMOS 공정을 활용해 저비용 대량생산까지 가능하다”며 “차세대 환경 모니터링 및 스마트 제조 현장 등 다양한 응용 분야에 적극적으로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 국제학술지 ‘빛, 과학과 응용’에 게재됐다.

ysaint8609@news1.kr