자율차 카메라 센서 시장 주목…표준연, 반도체 신소재 상용화 수준 개발

연구소 기업 '아이알스펙트라' 통해 시제품 출시

단파장 적외선 센서에 쓰이는 고품질 반도체 소재가 상용화 수준으로 개발됐다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 반도체디스플레이측정그룹 이상준 책임연구원 연구팀이 초고감도 단파장 적외선(SWIR) 센서에 쓰이는 고품질 인듐-아세닉-포스파이드(InAsP) 반도체 소재를 개발했다고 30일 밝혔다.

이 소재는 현재 표준연 연구소 기업인 아이알스펙트라(대표 이창석)이 적외선 센서용으로 활용해 시제품을 출시했다.

KRISS 이상준 책임연구원(왼쪽)과 전병선 책임연구원이 InAsP 소재 성장 조건을 확인했다.(사진=KRISS)

적외선 센서는 눈에 보이지 않는 영역의 빛을 감지해 전기 신호로 변환해 정보를 제공한다. 특히 파장 길이가 1.4∼3.0μm 사이인 단파장 적외선(SWIR)은 연기, 안개 등을 잘 투과하기에 자율주행 차량 카메라, 스마트 IoT 센서 등에 주로 쓰인다.

연구팀이 이 SWIR 센서 소재를 새롭게 개발했다. 기존에 쓰던 화합물 반도체 소재는 인듐-갈륨-아사나이드(InGaAs) 소재다. 하지만 이 소재는 제작 공정에서 발생하는 격자 불일치와 자체 물성의 한계로 인해 일정 성능 이상을 내기 어렵다.

이에 연구팀은 인듐-포스파이드((InP)로 만든 웨이퍼에 화합물 인듐-아세닉-포스파이드(InAsP)를 광 흡수층으로 성장시켜 인듐-아세닉-포스파이드 소재(InAsP)를 개발했다.

이 소재는 기존 InGaAs 소재보다 상온에서 신호 대비 잡음이 낮아 신뢰도가 높다. 성능 저하 없이 광검출 가능한 대역도 1.7 μm에서 2.8 μm까지 넓어졌다.

이상준 책임연구원은 "기술의 핵심은 격자 불일치(원소 격자 구조가 달라 생기는 오류)를 완화하는 메타모픽(격자이완층)을 제작해 도입한 것"이라며 "격자 변형을 크게 완화해 높은 품질은 유지하면서도 전자와 전자 간 틈인 밴드갭을 유연하게 조절할 수 있다"고 설명했다.

KRISS가 개발한 InAsP 소재 기반 SWIR 센서(왼쪽)와 반응 스펙트럼.

KRISS가 개발한 SWIR 센서용 InAsP 소재 모식도.

이 책임연구원은 "이번에 새로 개발한 소재는 원치 않는 전류인 암전류를 줄여 상온에서 작동할 수 있다"고 덧붙였다.

이 책임연구원은 또 "화합물 반도체 소재는 국가 전략물자로 분류돼 있어 수입이 쉽지 않다"며 "전투기용 레이더나 의약품 결함 검사, 폐플라스틱 재활용 공정 등 미래산업 분야에 폭넓게 활용될 것"으로 기대했다.

연구성과는 과학기술정보통신부 차세대화합물반도체 핵심기술개발 사업의 지원을 받았다. 국제 학술지 어드밴스트 펑셔널 머티리얼즈(2월)에 게재됐다.