아주대는 서형탁 첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과 교수 연구팀이 단일 픽셀로 다차원 광학 정보를 처리할 수 있는 초고감도·초저전력 지능형 광센서를 개발했다고 6일 밝혔다.

이번 연구에는 서형탁 교수 외에 쿠마 모히트 교수(대학원 에너지시스템학과, 제1저자)와 박하영 학생(공저자) 등이 참여했다.

연구팀은 기존 광센서의 한계를 극복하기 위해 근적외선(940나노미터(nm)) 영역에서 시간과 공간 정보를 병렬로 인식할 수 있는 새로운 소자 구조를 개발했다.

광센서는 빛을 전기 신호로 변환하는 광전효과를 기반으로 정보통신, 사물인터넷(IoT), 로보틱스 등 다양한 산업에서 필수적인 부품이다.

하지만 기존 센서는 모든 데이터를 여과 없이 감지해 전력 소모와 데이터 저장 용량의 한계가 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 이벤트 기반 인공지능(AI)형 센서를 구현했다. 이 센서는 필요한 데이터만 저장하고 자체적으로 처리할 수 있어 효율성을 크게 높였다. 서 교수팀은 실리콘과 6nm 두께의 갈륨산화물 초박막을 접합한 커패시터 구조를 활용했다.

이를 통해 단일 픽셀에서 4비트 이상 데이터를 25펨토줄(펨토줄=1조분의 1줄)의 전력으로 처리하며 기존 대비 에너지를 100배 절감하는 성능을 보였다. 또 센서 내 수백 나노초 수준으로 피사체 움직임을 실시간 감지하고 단기 저장이 가능함을 입증했다.

이번 기술은 자율주행, 의료, 우주 및 군사, 신재생 에너지 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 높다. 특히 로보틱스 산업에서는 초저전력 시각 센서로 주목받고 있다.
 

서 교수는 “데이터 저장과 신호처리가 동시에 가능한 새로운 소재를 개발하고 반도체 호환 공정으로 실현했다는 점에서 학문적·기술적 의의가 크다”며 “향후 상용화 가능성과 파급효과가 높은 기술 개발에 주력할 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 지능형 반도체 기술 개발사업 및 중견 기초연구지원사업의 지원으로 수행됐으며, 특허 출원이 진행 중이다.

이 연구는 소재·소자 분야 최상위권 학술지인 어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials) 최신호의 표지 논문으로 게재됐다.