GIST-전북대, 배터리 없이 작동하는 ‘자가 구동 광센서’ 개발

전남광주=김대우 기자

광주과학기술원(GIST·지스트)은 신소재공학과 이한얼 교수와 전북대 연구팀이 공동으로 외부 전원없이 작동하는 ‘자가 구동(Self-powered) 광센서’를 개발했다고 18일 밝혔다.

빛을 감지해 전기 신호로 바꾸는 광센서는 사물인터넷(IoT), 웨어러블 기기, 드론 등 다양한 분야에서 활용된다. 특히 별도의 외부 전원없이 빛 자체를 에너지원으로 활용하는 자가 구동 광센서는 배터리 교체가 어렵거나 장시간 작동해야 하는 소형 전자기기의 전력 소비를 줄일 수 있다.

자가 구동 광센서가 제대로 작동하려면 서로 다른 반도체를 접합해 두 소재의 경계에서 전기장이 형성되도록 하는 ‘이종 접합’ 구조가 활용된다. 그러나 서로 다른 소재를 맞붙이는 과정에서 결함이 생길 수 있고, 센서 성능이 떨어지는 한계가 있다.

연구진은 이를 해결하기 위해 차세대 반도체 ‘아연주석질화물(ZnSnN2, ZTN)에 주목했다. 아연주석질화물은 빛을 흡수해 전하를 만들 수 있고, 이종 접합 구조를 만들기에 유리하다.

연구진은 빛을 효과적으로 활용하기 위해 아연주석질화물 표면에 미세 구멍(Micro-hole)을 규칙적으로 형성했다. 그 결과 빛을 받아 생성된 전하 운반자가 유지되는 시간이 약 1.8배 늘어났다. 연구진은 이를 통해 외부 전압을 가하지 않아도 낮은 빛 세기에서도 안정적으로 빛을 감지하는 자가 구동 광센서를 구현했다.

이한얼 교수는 “배터리 의존도를 낮출 수 있는 초저전력 센서 및 소형 전자기기용 에너지 변환 소자로 활용 범위를 넓혀가겠다”고 말했다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 (Small Structures)에 게재됐다.

김대우 기자