공과대학 전기전자공학과 김현재 교수 연구팀이 다중 파장 영역에서 색 분리가 가능한 서브픽셀 구조의 광센서 어레이를 개발했다. 이번 연구는 양자점(Quantum Dot, QD) 프린팅과 산화물 반도체 채널 결함 제어 기술을 결합해, 가시광 전 영역에서 안정적인 광 감지와 색 분리가 동시에 가능한 소자 구조를 제시했다는 점에서 의의가 있다.

기존 색 분리 광센서는 외부 컬러 필터나 복잡한 적층 구조에 의존하는 경우가 많아, 공정 복잡도가 높고 광 손실이 불가피했다. 이러한 한계를 극복하기 위해 연구팀은 인듐–갈륨–아연 산화물(IGZO) 기반 포토트랜지스터에 전기유체역학(Electrohydrodynamic, EHD) 프린팅 공정을 이용한 양자점 서브픽셀 패터닝 기술을 적용해, 하나의 센서 어레이 내에서 RGB 파장의 색 분리가 가능한 구조를 구현했다.

[그림. 연구팀이 개발한 서브픽셀 구조 광센서 어레이 구조 및 RGB 색 감지·분리 특성]

또한 연구팀은 산화물 채널에 산소 플라즈마 처리를 적용해 결함을 정밀하게 제어함으로써, 산소 공공에 의해 발생하는 잔류 광전도(Persistent Photoconductivity, PPC) 현상을 효과적으로 억제했다. 이를 통해 빛 조사 후에도 신호가 잔존하는 기존 산화물 기반 광센서의 한계를 극복하고, 반복 조사 환경에서도 빠른 신호 회복과 안정적인 동작 특성을 확보했다.

실험 결과, 개발된 광센서 어레이는 반복적인 RGB 조사 조건에서도 우수한 색 분리 특성과 높은 신뢰성을 유지했으며, 서로 다른 파장의 광 신호를 명확히 구분해 감지할 수 있음을 확인했다. 특히, 각 서브픽셀이 독립적인 파장 응답 특성을 가지면서도 공정 호환성이 높아, 대면적 어레이 구현과 집적화 측면에서도 높은 가능성을 보였다.

김현재 교수 연구팀은 “이번 연구는 양자점 프린팅과 산화물 채널 결함 제어를 통해 다중 파장 색 분리가 가능한 광센서 구조를 단순하고 효율적으로 구현했다는 점에서 의미가 있다”라며, “향후 다양한 광센서 및 이미지 센서 응용을 위한 기반 기술로 확장할 계획”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구 결과는 독일의 Wiley에서 발행하는 재료 과학 분야의 최고 권위 학술지 ‘Advanced Functional Materials’ (IF 19.0, JCR 상위 4.5%)에 게재됐다. 연구는 산업통상자원부와 산업기술기획평가원의 산업기술혁신사업 지원으로 수행됐다. 

논문 제목: Multispectral Oxide Phototransistor Array via Electrohydrodynamic Subpixel QD Patterning and Engineered IGZO Channels for Persistent Photoconductivity Suppression

논문 주소: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202519144