국내 연구진이 일반 야간 투시경보다 수만 배 높은 감도를 갖는 적외선 센서 원천기술을 확보했다.

KAIST는 전기 및 전자공학부 이정용 교수 연구팀이 콜로이드 양자점을 활용해 기존 대비 85배의 전자를 생성할 수 있는 아발란체 전자 증폭 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

아발란체 전자 증폭 기술은 강한 전기장이 인가된 반도체에서 전자가 인접 원자와 충돌하면서 다수의 전자를 생성하는 신호 증폭 기술이다.

최근 양자 큐비트 기술 분야에서는 결정질 반도체를 활용한 아발란체 광다이오드 소자를 사용 중이나 열잡음이 높고, 극저온 구동이 필요하다는 한계가 있었다.

이를 극복하기 위해 과학기술계에서는 화학적으로 합성된 반도체 나노입자인 콜로이드 양자점을 이용했다. 그러나 이 방법도 열잡음 생성은 억제하지만, 전하 이동도가 낮고, 양자점 표면에서 자주 발생하는 불완전 결합과 전하 재결합이 일어나 전하 추출이 쉽지 않았다.

이를 KAIST 연구진이 해결했다. 연구진은 아발란체 전자 증폭 기술을 이용했다.

연구진은 강한 전기장을 인가해 전자를 가속하는 방법으로 운동에너지를 얻고, 인접 양자점에서 다수의 추가 전자들을 생성함으로써 상온에서 적외선 조사 시 신호가 85배 증폭되는 것을 확인됐다.

정보전자연구소 김병수 연구원은 "1.4×10의 14승 존(Jones: 탐지감도단위) 이상의 탐지 감도를 가지는 소자를 구현했다"며 "이는 일반 야간 투시경보다 수만 배 정도 높은 감도"라고 설명했다.

적외선 광검출기는 자율주행차부터 양자컴퓨팅에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 핵심적인 역할을 하지만, 기존 양자점 기반 기술은 민감도와 잡음 문제로 한계가 있었다.

이정용 교수는 "이번 연구는 새로운 패러다임 전환을 불러올 기술로 기대된다"며 "원천 기술을 선점함으로써 글로벌 양자 기술 시장을 대한민국이 주도할 수 있는 중요한 기술적 토대를 확보했다"고 평가했다.