동의대학교 DONG-EUI UNIVERSITY

응용화학·식품공학과 이영호 대학원생, 양자점 기반 이미지 센서 어레이 개발

동의대 김성훈 교수팀, 고려대 오승주 교수팀과 공동 연구, 세계적 학술지 게재

동의대 화장품공학과 김성훈 교수와 고려대학교 신소재공학부 오승주 교수 연구팀이 공동으로, 고해상도 적외선 이미지 센서를 구현할 수 있는 양자점 포토다이오드 어레이 기술을 개발하였다.

이 연구는 복잡한 포토리소그래피 공정 없이도 양자점 박막을 정밀하게 패터닝 할 수 있는 에어로졸 유도 증착(Aerosol-Assisted Deposition) 기술을 활용함으로써, 양자점 기반 이미지 센서의 제조 방식에 새로운 돌파구를 제시했다.

특히 이 증착 기술은 김성훈 교수 연구팀이 자체적으로 개발하여 지속적으로 고도화해온 원천기술로, 공정 단순화와 성능 안정성 측면에서 강점을 가져 차세대 양자점 기반 적외선 이미지 센서의 상용화를 가속할 수 있는 기술로 기대받고 있다.

이번 성과는 본교 이영호 석사과정생과 고려대 최영균 박사과정생이 공동 제1저자로, 김성훈 교수와 오승주 교수(고려대)가 공동 교신저자로 이름을 올려, ‘High-resolution infrared quantum dot photodiode Array via aerosol-assisted deposition’이라는 제목으로 국제 저명 학술지 ‘Chemical Engineering Journal(IF: 13.2, JCR: 상위 3%)’에 2025년 7월 온라인 게재되었다.

이번 연구에서는 에어로졸화된 황화납 양자점 용액을 기판에 직접 증착하여 268ppi 수준의 고해상도 포토다이오드 어레이를 구현하였으며, 복잡한 포토리소그래피 공정을 생략하면서도 픽셀화 패터닝이 가능한 단일 증착 공정 기술을 입증하였다. 특히, 개발된 QPD 어레이는 0.43 A/W의 높은 광응답도, 2.1pW의 낮은 NEP(노이즈 등가 파워), 22kHz(-3 dB)의 주파수 응답 특성을 보이며, 우수한 전기적 특성과 내구성을 확보하였다.

김성훈 교수는 “이번 연구는 포토리소그래피 공정을 적용하지 않고, 직접 패터닝 기술이 양자점의 민감한 표면 특성을 손상하지 않으면서도 정밀한 고해상도 어레이 제작이 가능하다는 점을 실증한 연구”라며 “차세대 IR 센서, 가스 센서, 디스플레이 분야 등 폭넓게 응용될 수 있는 중요한 기술적 진전을 이뤘다”라고 밝혔다.

이어 김 교수는 “이번 성과에 안주하지 않고 앞으로 나노입자를 이용한 공정기술을 탐구하여 다양한 광전소자와 배터리를 포함한 에너지 소자에도 적용할 수 있는 추가 연구를 진행할 예정”이라고 덧붙였다.

<연구도>