아주대 서형탁 신소재공학과·대학원 에너지시스템학과 교수 연구팀이 강유전성 초전효과를 이용한 초고속 광전자 메모리 소자를 개발하는 데 성공했다고 대학 측이 9일 밝혔다.

고감도·고효율의 인공지능형 센서가 필요한 자율주행차, 의료진단기기 및 광통신소자 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 전망이다.

적외선은 가시광선에 비해 투과도가 매우 높은 특성을 지녀, 자율주행차량 전방 모니터링에 활용되는 라이다 시스템 등 이를 이용한 사물인터넷(IoT) 광센서와 광메모리가 주목받고 있다.

적외선 광을 감지하는 광센서의 다양한 동작 원리 중 초전효과 방식이 실내 침입 감지용 센서 등에 활용되고 있다. 초전효과 방식은 적외선이 입사된 소재의 온도 변화로 전기분극이 발생하는 특성을 이용하고 있다. 

연구팀은 최근 반도체 소재로 많이 활용되고 있는 하프늄 산화물 소재에 주목했다. 일반적으로 하프늄 산화물은 적외선을 직접 흡수할 수 없다. 다만 소재를 적외선 유도 자발분극화에 최적화하고 적외선 검출방식을 이용하면, 적외선을 검출하고 광입력 신호를 다양하게 저장할 수 있다.

이를 바탕으로 연구팀의 지속적인 노력과 이론적 계산을 통해 최대 전압구간 10V와 전류구간 10만 암페어의 광메모리 윈도우를 획득할 수 있었다. 또 전압을 조절해 적외선의 광신호를 다양한 레벨로 저장하는 재구성형 광메모리 기능까지 구현하는 데 성공했다.

서 교수는 “이 방식을 응용하면 고속·고감도 적외선 검출 소자를 기존의 실리콘 집적회로에 통합하는 것이 가능해지고 저비용·고성능 IoT 센서로 적용할 수 있다”고 설명했다.

연구 내용은 ‘강유전성 하프늄 산화물을 이용한 고성능 광학센서와 재구성 초광전메모리’라는 제목으로 재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼스(Advanced materials)' 지난 3일자 표지 논문으로 선정됐다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 중견·기본 기초연구지원사업의 지원으로 수행됐으며, 특허 출원이 진행 중이다.

[ 경기신문 = 이명호 기자 ]