차세대 이미지 센서로 떠오르는 유기 광센서 소자의 성능을 기존보다 3배 이상 높일 수 있다는 연구 결과가 나와 주목받고 있다.

국립부경대학교는 박송이 물리학과 교수가 유기 광센서 소자의 광검출능을 높이고 공정 과정을 간소화할 수 있는 유기 반도체 소재 특성을 규명한 연구결과를 최근 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스에 발표했다고 20일 밝혔다.

광센서는 빛을 전기 신호로 변환해 주는 전자 소자다. 카메라 이미지 센서를 비롯 스마트 워치와 같은 웨어러블 전자 장치의 헬스 모니터링 센서에도 활용된다. 이 중 유기 광센서는 우수한 흡광능력과 밴드갭 조절의 용이함, 물리적 유연성 등의 특성을 갖는 유기 반도체를 광활성층으로 사용해 차세대 광센서 소자로 주목받으며 세계적으로 연구가 활발하다.

박송이 교수는 이번 연구에서 서브프탈로시아닌 화합물(Cl6-SubPc) 재료의 높은 팔중극자 모멘트가 빛 조사 시 자유 전하 생성에 핵심적인 역할을 한다는 결과를 입증했다.

연구에 따르면 2가지 재료를 적층해 만드는 이중층(PHJ) 기반의 유기 광센서 소자를 제작하고 광·전기적 특성을 분석한 결과 590㎚ 파장의 빛에서 ~1013 Jones에 달하는 광검출능을 얻었다. 이는 기존에 보고된 PHJ 기반 유기 광센서 소자의 성능보다 3배 이상 향상된 결과다.

박 교수는 “Cl6-SubPc와 같이 높은 팔중극자 모멘트를 갖는 재료를 이용하면 단일재료와 단일층만으로도 우수한 성능의 광센서 소자 구현이 가능하고 공정 과정을 획기적으로 간소화할 수 있어 유기 광센서의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다.

이번 연구의 제1저자인 박 교수는 영국 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London), 삼성전자 종합기술원과 국제공동연구를 수행했다. 연구 결과를 담은 논문은 네이처 커뮤니케이션즈에 지난 13일 게재됐다.