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황 원자 도핑 과정의 메커니즘
[산업일보]
이미지센서는 카메라, CCTV, 자율주행차 등 영상촬영의 핵심요소이다. 현재까지 상용화된 대부분의 이미지센서는 실리콘을 기반으로 하며, 빛의 색상을 정확하게 알아내기 위해 컬러필터가 필수적으로 사용된다. 그러나 컬러필터는 가격이 비싸고, 이미지센서의 두께가 두꺼워지는 치명적인 단점이 있다.
이에 국내 연구진이 컬러필터 없이도 색이 선명한 신개념 이미지센서를 개발했다. 정대성 교수(대구경북과학기술원) 연구팀이 유기 반도체와 투명전극 간의 접합 기술을 이용해 색 선택성이 높은 유기 이미지센서를 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다.
연구팀은 실리콘 이미지센서의 단점을 보완할 수 있는 유기 반도체를 기반으로 박막형 이미지센서를 개발했다. 특히 이번 연구 성과는 유기 반도체의 색 선택성을 높여 주어 컬러필터를 사용하지 않아도 선명하게 영상을 구현할 수 있어 주목된다.
연구팀은 산화아연으로 만들어진 투명전극 표면의 화학적 결함을 황 원자로 메워주는 방법을 개발했다. 이를 통해 유기 반도체와 투명전극 간의 쇼트키 접합* 특성이 극대화돼 R/G/B 각 색상에 높은 선택성을 가질 수 있게 됐다.
또한 투명전극의 표면 결함이 극적으로 감소돼 박막의 품질이 우수하기 때문에 유기 반도체의 고질적 문제인 재생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
정대성 교수는 “유기 반도체와 투명 전극의 이상적인 쇼트키 접합을 활용해 고성능 컬러필터 프리 유기 이미지센서를 개발한 것”이라며, ”컬러필터 프리 이미지센서 뿐만 아니라, 태양전지, 박막 트랜지스터, 가스 센서 등 다양한 형태의 접합이 필요한 많은 산업적 응용에 적용할 수 있을 것으로 기대된다“라고 연구의 의의를 설명했다.
정 교수에 따르면, 특히 이 연구에서 개발한 초저결함 저온 졸-겔 산화아연 박막 형성법은 유기 반도체와의 계면 형성 시 이상적인 쇼트키 접합을 구현할 수 있게 한다는 것이 가장 큰 장점이다.
결함복원 방법으로 도입한 황 도핑법은 산화아연과 유사한 특성을 보이는 산화티타늄이나 산화주석 등 다양한 전이금속 산화물에도 적용 가능한 기술로 무궁한 잠재성을 가지고 있다.
또한, 이 연구에서 소개한 컬러필터 프리 이미지센서 뿐만 아니라, 태양전지, 박막 트랜지스터, 가스 센서 등 다양한 현태의 접합이 필요한 많은 산업적 응용에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
