DGIST, 2D 반도체 광검출기 혁신적 레이저 공정 성공

[대구=이데일리 홍석천 기자] 국내 연구진이 단 한 번의 레이저 공정만으로 차세대 광센서 핵심 기술을 구현하는 데 성공했다. 복잡한 적층·전사 공정을 줄일 수 있어 향후 유연 센서와 이미지 센서 분야 상용화 가능성을 높였다는 평가다.

DGIST는 권혁준 전기전자컴퓨터공학과 교수 연구팀이 2차원(2D) 반도체 내부에 빛과 전기의 변환 효율을 높이는 접합 구조를 레이저만으로 형성하는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. 이번 연구 성과는 광학 분야 국제학술지 ‘Advanced Optical Materials’ 5월호에 게재됐다.

권혁준(왼쪽) DGIST 전기전자컴퓨터공학과 교수, 이지은 석·박사통합과정생.(사진=DGIST)

광검출기(포토디텍터)는 빛을 전기 신호로 바꾸는 장치다. 스마트폰 카메라 이미지 센서를 비롯해 광통신, 사물인터넷(IoT), 자율주행 센서 등에 폭넓게 활용한다. 최근 반도체 업계에서는 휘어지거나 투명한 전자기기 수요가 늘면서 원자층 두께 수준의 2D 반도체 소재 연구도 활발하다.

다만 기존 2D 반도체 기반 광검출기는 서로 다른 소재를 여러 층으로 쌓거나 옮겨 붙이는 공정이 필요했다. 이 과정에서 불순물이나 결함이 생기기 쉽고 제조 비용도 높다는 한계가 있었다.

연구팀은 2차원 소재인 ‘주석 이황화물’(SnS₂)에 레이저를 직접 조사해 특정 부위만 성질을 변화시키는 방식으로 문제를 해결했다. 레이저를 받은 영역은 두께가 얇아지고 산소와 결합하면서 전기적 특성이 달라지는데, 이때 처리 영역과 비처리 영역 사이에 전하 분리를 돕는 에너지 장벽이 자연스럽게 형성된다는 설명이다.

대구경북 지역에서는 DGIST를 중심으로 반도체·센서 분야 연구개발(R&D) 역량 강화가 이어지고 있다.

대구시는 비수도권 반도체 생태계 확대와 연계해 수성알파시티·테크노폴리스 일대 미래전자산업 육성에 속도를 내고 있고, 경북 역시 구미를 중심으로 반도체 소재·부품 산업 전환을 추진 중이다.

업계에서는 이번 기술이 공정 단순화에 성공할 경우 차세대 센서 제조 비용 절감에도 영향을 줄 수 있을 것으로 보고 있다.

권혁준 교수는 “복잡한 제조 공정 없이 레이저만으로 2차원 반도체 내부에 최적의 광전 변환 환경을 만들 수 있다는 점을 확인했다”며 “향후 대면적 이미지 센서와 유연 광센서 등 다양한 광전자소자 분야로 응용 가능성이 있을 것”이라고 말했다.