포스텍 창의IT융합공학과 김기현 교수연구팀은 4차 산업혁명에 근간이 되는 실리콘 나노반도체 기반 IoT센서 기술 확보에 들어갔다. 실리콘 나노 반도체 기반 센서는 우수한 가격경쟁력으로 세계 센서 시장 판도를 바꾸는 기술로 평가받고 있다.
미래 사회에서 개인건강과 환경을 관리하는 바이오센서 기술과 안전주행을 위한 지능형운전자보조시스템(ADAS) 핵심 부품인 근적외선 센서는 수요가 급증할 것으로 전망되고 있다.
하지만 우리나라는 센서 원천 기술부족, 전문인력부족, 센서산업 생태계 취약 등으로 센서 핵심 부품을 대부분 수입에 의존하고 있는 실정이다.
창의IT융합공학과 연구팀은 실리콘 나노 반도체 기술을 활용해 전기화학 기반 센서시스템을 대체하는 실리콘 기반 바이오센서와 고비용 화합물질을 대체하는 저비용·고성능 근적외선 광검출 센서를 연구개발하고 있다.
실리콘 나노선 전계효과 트랜지스터 기반 반도체센서는 다양한 생화학물질 관련 우수한 민감도, 빠른 검출속도, 저전력소모 등 특성을 지닌 플랫폼이다. 김기현 교수연구그룹은 독창적인 벌집 나선 구조를 적용해 기존 직선 나노선 구조 대비 신호변환 능력이 우수한 센서 검출 한계를 개선하는 센서 플랫폼을 개발했다. 기존 검출방법 대비 20배 이상 성능을 향상한 바이오센서를 개발하는데 성공했다.
특히, 조기 치명률이 90%에 이르는 에볼라바이러스를 6fM 낮은 농도까지 검출에 성공, 에볼라바이러스의 조기 진단 가능성을 제시했다.
또, 김기현 교수연구팀은 기존 화합물 근적외선 센서와 달리 생산단가가 저렴한 평판 형태의 실리콘 기반 근적외선 센서 연구를 진행했다. 증착이 간편하고 제작 시간이 짧은 저가 다결정 실리콘을 활용해 결정질 실리콘과 유사한 특성을 보이는 광검출 센서를 연구개발했다.
일반적으로 다결정 실리콘은 내부 결함들로 인해 결정질 실리콘에 비해 나쁜 전기적 특성을 갖고 있다. 연구그룹은 다결정 실리콘내 결함이 광검출 센서 특성에 미치는 영향을 물리적으로 분석하고 이를 토대로 특성 저하를 극복할 수 있는 방법을 개발했다.
실리콘 근적외선 센서 감응도 향상을 위해 신구조 수직나노 구조를 실리콘 광검출 센서에 적용했다. 기존 대칭형 수직 나노선 센서 보다 우수한 감응도 특성을 보이는 독창적인 신구조 수직나노선 센서를 개발했다.
안수민기자 smahn@etnews.com
