[한국기술뉴스] 경희대학교 최재우 교수 연구팀은 그래핀과 반도체 사이의 결함을 개선시킨 컬러 광센서 제조 시스템을 개발했다. 개발된 기술은 경희대학교 산학협력단을 통해 2022년 04월 18일 특허를 출원(출원번호 제1020220047742호)했다. 특허 명칭은 ' 무필터 양측 다수 캐리어 유형 컬러 광센서’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

최근 스마트 기기를 포함한 전자 제품과 자동차 분야에서 광센서의 사용이 크게 증가하였습니다. 광센서는 가시광선이나 적외선과 같은 광 에너지를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 장치입니다. 광센서는 광 통신뿐 아니라 자율 주행, VR, 디지털 트윈 등의 차세대 기술에 활용되어 장기적으로 많은 수요가 있을 것으로 전망됩니다. 최근에는 높은 투과율과 이동도를 지닌 그래핀 소재를 활용해 우수한 광검출 특성을 지닌 광센서가 개발되었습니다. 하지만, 광센서의 그래핀과 반도체 사이에 터널링이 발생해 반응성을 낮추고 캐리어 손실을 유발하는 문제가 발생했습니다.

경희대학교 최재우 교수 연구팀은 삽입층을 형성해 그래핀과 반도체 사이의 터널링 문제를 개선한 광센서를 개발했습니다.

우선 웨이퍼의 디바이스층에 표면 처리 산화물층을 형성합니다. 형성된 산화물층에서 접합 영역에 해당하는 두 부분을 에칭합니다. 에칭된 부분에 수소와 산소를 이용한 패시베이션을 통해 삽입층을 형성합니다. 삽입층의 측면에 금속 전극을 형성한 후 삽입층과 금속 전극에 그래핀 층을 형성합니다.

제조된 광센서는 접합 영역과 공백 영역에서 생성되는 광전류를 비교해 별도의 필터 없이 입사광의 컬러를 구분할 수 있습니다. 광센서 내 삽입층은 쇼트키 배리어로 동작해 누설 전류의 발생을 감소시키고 결함을 방지합니다. 또한, 삽입층에 의해 SBH 변조 비율이 커져 입사광에 대한 높은 응답성을 지닙니다.

해당 기술의 경우, 칼라필터 없이도 칼라 광을 구분할 수 있어 중소기업에서도 쉽게 현장에 투입시킬 수 있다는 것이 큰 장점입니다. 기존 CMOS 이미지 센서의 대체재로서 광센서가 활용되는 스마트 기기와 첨단 기술의 발전에 기여할 것으로 기대됩니다.