와이파이 등 무선 주파수가 아닌 광자 기반(Li-Fi)의 차세대 통신 핵심 기술이 개발됐다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 중앙대 왕동환 교수와 캘리포니아대 응우옌(T.-Q. Nguyen) 교수 연구팀이 기존 유기반도체의 단점을 보완한 고성능 포토디텍터(빛 감지 소자)를 개발했다고 12일 밝혔다.양자 통신 보안의 광자 감지에서 필수 기술이 될 가능성이 크다.

왕동환 교수는 "이 기술이 양자통신 보안의 광자 감지에서 필수 기술이 될 가능성이 크다"고 언급했다.

연구팀은 기존 유기반도체의 단점을 보완한 억셉터-이종접합 연속 구조(A/BHJ 구조)를 개발하고, 이를 기반으로 고속‧고감도‧저잡음 무선통신시스템 구현에 성공했다고 설명했다.

여기서 이종접합은 유기 태양전지나 유기 포토디텍터에서 전하를 생성하고 분리하기 위한 구조를 말한다. 전자를 주는 도너 물질과 전자를 받는 억셉터 물질이 섞여 있는 형태다.

포토디텍터 공정기술은 고성능 이미지 센서의 핵심기술이다. 다양한 광원의 미세한 빛까지 감지할 수 있다. 그러나 이종접합으로 반응 속도가 저하되고, 노이즈 전류로 민감도가 떨어지는 한계가 있다.

이를 연구진이 에너지 방출률 계산을 통해 적절한 온도와 속도로 공정을 최적화하는 등 전사 인쇄 공정 기술을 새로 설계해 안정적인 'A/BH 구조'를 구현했다.

노이즈 감소는 초미세 수준(10의 13승 A/Hz의 0.5승 이하)을 기록했다. 또 이를 기반으로 제작한 유기반도체 페로브스카이트 포토디텍터는 초고감도(1.06×10의 13승 cm Hz의 2분의1승 W 마이너스1승)의 감지 성능과 1.02 ㎒의 차단 주파수를 나타냈다.

연구팀은 "100 ㎑ 이상 고주파 대역에서도 신호 손실 없이 빠르고 안정적인 데이터 전송에 성공, 무선 데이터 통신 등 차세대 정보통신기술로의 가능성을 열었다"고 설명했다.

연구팀은 "차세대 통신 기술과 고감도 센서 기술 분야에서 광범위하게 응용될 가능성이 높다"며 "의료 모니터링, 양자 보안 센서, 정보통신 등 다양한 산업에서 활용될 수 있을 것"으로 기대했다.

왕동환 교수는 “포토디텍터를 통신 시스템으로 구현하기 위해서는 트랜지스터와의 결합이 필수”라며 “향후 상용화가 가능한 광 기반 무선 통신 원천기술 확보에 총력을 기울일 계획"이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구 및 세종과학펠로우십의 지원을 받았다. 연구성과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 9월 9일 온라인 게재됐다.