스마트 웨어러블 전자소자에 적용 가능
<ACS Applied Materials & Interfaces> 논문 게재

정보전자신소재공학과 강성준 교수 연구팀이 가시광선을 감지할 수 있는 투명 반도체 융합소재와 이를 응용한 스마트 웨어러블 전자소자용 투명 가시광센서를 개발했다. 연구 성과는 미국화학회(American Chemical Society)에서 발행되는 나노 분야 세계 권위지 <ACS Applied Materials & Interfaces> 9월 10일자에 소개됐다.

“어플리케이션에 당장 적용 가능한 기술”
전통적으로 투명한 소재는 가시광선을 흡수하거나 감지할 수 없어, 가시광을 감지하는 소자에 적용할 수 없는 한계가 있다. 강성준 교수 연구팀은 투명 산화물 반도체 소재와 양자점(Quantum-dot) 소재를 융합해 이 한계를 극복했다. 투명 산화물 반도체 소재에 가시광선을 흡수하는 양자점을 극소량 융합함으로써 가시광을 감지할 수 있는 투명 소재를 개발한 것이다. 또한, 개발된 투명 소재를 이용해 가시광선에 완벽하게 온/오프(on/off) 되고, 광반응성이 높은 광트랜지스터(빛에너지를 전기에너지로 변환하는 광센서의 일종)를 개발하는 데 성공했다.

강성준 교수는 이번에 개발된 기술이 시계, 안경 등 몸에 착용할 수 있는 스마트 웨어러블(wearable) 전자기기에 다양한 형태로 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. “시야를 가리지 않으면서도, 사진을 찍을 수 있는 투명 가시광센서와 관련된 원천 기술을 연구했다”고 밝힌 그는 “이 기술은 자동차 앞유리, 안경, 콘택트렌즈 등에 적용될 수 있다”고 설명한 뒤, “어플리케이션에 당장 적용 가능한 기술”이라고 강조했다.

현재 상용화된 스마트 안경은 기술적 한계로, 카메라 모듈이 별도 장착돼 있다. 그러나 강성준 교수 연구팀이 개발한 기술을 이용하면, 카메라 모듈을 대체할 수 있는 투명 반도체 소재를 만들어 렌즈에 삽입할 수 있기 때문에 별도 장착된 카메라 모듈 없이 스마트 안경을 구현할 수 있다. 같은 원리로 자동차 앞유리가 블랙박스 기능을 대신할 수도 있다.

“기가헤르츠에서 효율성 검증되면 광 통신용 센서로 활용 가능”
강성준 교수 연구팀이 개발한 기술은 근거리 보안 통신에도 적용될 수 있다. 사람 눈으로 구분할 수 없는 빛의 진동 신호를 감지할 수 있어, 가로등, TV와 같은 모든 광원을 근거리 통신 수단으로 활용할 수 있다. 연구팀은 50~100헤르츠(Hz)에서 효율이 떨어지지 않고 완벽하게 빛의 진동 신호를 구분해내는 것을 확인했으며, 앞으로 더욱 빠른 진동 신호에서도 효율성을 검증할 계획이다. 강성준 교수는 “기가헤르츠 단위에서 효율성이 검증되면 광 통신용 센서로도 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 

그동안 주로 양자점을 활용해 빛을 발광하는 LED 소자를 연구해온 강성준 교수 연구팀은 2011년 선정된 미래창조과학부 글로벌프론티어사업의 나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단에 참여하면서 스마트 웨어러블 전자기기에 적용 가능한 기술을 본격적으로 연구했다. 웨어러블 전자기기를 구현하기 위해 투명하면서 휘어지고 신축성 있는 가시광센서가 필요하다고 판단한 연구팀은 양자점을 활용해 관련 연구를 진행하고 있다.

이번 연구에는 한양대 박진성 교수가 공동으로 참여했으며, 미래창조과학부 나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단과 한국연구재단의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 현재 특허출원 중이다. 논문에 제1 저자로 참여한 석사과정 신승원 학생은 “가설이 실험을 통해 증명되는 것을 보면서 연구의 재미를 알게 됐다”며 “연구결과가 우수한 저널에 채택돼 보람 있다”고 말했다.