연구진은 높은 감도를 가지면서 CMOS 제조 방식과 호환되는 새로운 녹색광 흡수 투명 유기 광검출기를 개발하고 그 성능을 입증했습니다. 이러한 새로운 광검출기를 실리콘 하이브리드 이미지 센서에 통합하면 다양한 응용 분야에 유용하게 활용될 수 있습니다. 이러한 응용 분야에는 빛을 이용한 심박수 측정, 지문 인식, 주변 물체 감지 장치 등이 포함됩니다.
스마트폰이나 과학용 카메라에 사용되는 대부분의 이미징 센서는 오늘날 CMOS 기술과 빛 신호를 전기 신호로 변환하는 무기 광검출기를 기반으로 합니다. 유기 소재로 만든 광검출기는 감도 향상에 도움이 될 수 있어 주목받고 있지만, 고성능 유기 광검출기를 제조하는 것은 지금까지 어려운 과제로 남아 있습니다.
공동 연구 책임자인 아주대학교의 박성준 교수는 “유기 광검출기를 대량 생산되는 CMOS 이미지 센서에 통합하려면 대량 생산이 용이하고 어두운 환경에서도 높은 프레임 속도로 선명한 이미지를 생성할 수 있는 뛰어난 이미지 인식 능력을 갖춘 유기 광흡수체가 필요합니다. 우리는 이러한 요구 사항을 충족하는 투명하고 녹색광에 민감한 유기 광다이오드를 개발했습니다.”라고 말했습니다.
연구진은 학술지 Optica에 새로운 유기 광검출기에 대한 연구 결과를 발표했습니다. 또한, 투명한 녹색 흡수 유기 광검출기를 적색 및 청색 필터가 있는 실리콘 광다이오드 위에 겹쳐서 하이브리드 RGB 이미징 센서를 개발했습니다.
한국 삼성종합기술원(SAIT) 연구팀 공동 대표인 박경배 교수는 “하이브리드 유기 버퍼층의 도입 덕분에 이 이미지 센서에 사용되는 녹색 선택적 광 흡수 유기층이 서로 다른 색상 픽셀 간의 간섭을 크게 줄였습니다. 이러한 새로운 설계는 고성능 유기 포토다이오드를 다양한 응용 분야의 이미징 모듈 및 광센서의 주요 구성 요소로 만들 수 있을 것입니다.”라고 말했습니다.
보다 실용적인 유기 광검출기
대부분의 유기 소재는 온도에 민감하여 대량 생산에 적합하지 않습니다. 고온 후처리 공정을 견디지 못하거나, 중간 온도에서 장시간 사용하면 불안정해지기 때문입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 과학자들은 광검출기의 버퍼층을 개량하여 안정성, 효율, 검출 능력을 향상시키는 데 집중해 왔습니다. 검출 능력은 센서가 미약한 신호를 얼마나 잘 감지하는지를 나타내는 척도입니다. 박성준 연구원은 "전자 전달층으로 BCP(Bath Copper Line):C60 하이브리드 버퍼층을 도입하여 유기 광검출기의 효율을 높이고 암전류를 극도로 낮춰 노이즈를 줄이는 등 특수한 특성을 구현했습니다."라고 설명합니다. 이 광검출기는 적색 및 청색 필터가 장착된 실리콘 포토다이오드 위에 배치하여 하이브리드 이미지 센서를 만들 수 있습니다.
연구진은 새로운 광검출기가 기존 실리콘 포토다이오드와 유사한 검출률을 보인다는 것을 입증했습니다. 이 검출기는 150°C 이상의 온도에서 2시간 동안 안정적으로 작동했으며, 85°C에서 30일 동안 장기 작동 안정성을 나타냈습니다. 또한, 이 광검출기는 우수한 색상 재현 성능을 보였습니다.
다음으로, 그들은 모바일 및 웨어러블 센서(CMOS 이미지 센서 포함), 근접 센서, 디스플레이 기반 지문 인식 장치 등 다양한 응용 분야에 맞는 새로운 광검출기 및 하이브리드 이미지 센서를 맞춤 제작할 계획입니다.
게시 시간: 2023년 7월 7일