□ 한국세라믹기술원(원장 유광수) 지상수 박사와 프랑스 국립과학연구센터(CNRS, Centre National de la Recherche Scientifique) Emmanuel Lhuillier(엠마뉴엘 륄리에) 박사는 최근 공동연구를 통해 “라이다(LIDAR, Light Detection And Ranging)* 센서에 활용 가능한 콜로이드 양자점**의 모양과 센서 성능과의 상관관계”를 밝혔다.
    * 라이다 센서 : 레이저를 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 인식하는 센서 기술
   ** 콜로이드 양자점 : 수 나노미터(nm) 크기의 빛을 잘 흡수하는 반도체 입자가 용액 상태(콜로이드)로 분산 되어있는 형태
    
□ ‘자율주행 자동차의 눈’으로 불리는 라이다 센서는 실시간으로 거리와 이미지를 측정하는 기능을 가지고 있어 자율주행 자동차 개발에 필수적인 핵심 부품이다.
          
 ○ 일반적으로 상용화된 라이다 센서의 소재는 근적외선* 파장대를 감지하는 실리콘이 주로 사용되지만 광효율이 낮고 근적외선 빛이 우리의 눈에 해를 끼치는 문제가 있다.
     * 근적외선 : 약 750∼1000nm 대역의 파장을 지니는 적외선
          
 ○ 이러한 문제를 해결하고자 단파 적외선*을 감지할 수 있는 인듐갈륨비소(InGaAs) 화합물 반도체 소재 기반 라이다 센서가 개발되었으나 제조비용이 높은 단점이 있어 최근에는 보다 공정비용이 저렴한 콜로이드 양자점 연구가 활발히 진행되고 있다.
     * 단파 적외선 : 약 1000∼2500nm 대역의 파장을 지니는 적외선
          
 ○ 현재까지 콜로이드 양자점은 모양에 따라 전자구조가 변화하여 센서 성능이 달라질 수 있음에도 불구하고 그 상관관계가 명확하지 않았다.
    
□ 이에 연구팀은 테트라포드 방파제 모양의 양자점과 원형의 양자점 센서 성능에 큰 영향을 미치는 전하 운반체*들 간의 결합에너지를 시뮬레이션으로 계산한 결과, 모양 별 결합에너지 차이가 약 1% 수준으로 미미하였다.
    * 전하 운반체 : 전기가 흐를 때 관여하는 입자를 말하며, 보통 음(-)전하를 띠는 입자를 전자, 양(+)전하를 띠는 입자를 정공이라고 지칭
          
 ○ 이는 단위 입자 레벨 수준에서는 모양이 변화됨에 따라 센서 성능 변화에는 영향을 끼치지 않는다.
    
□ 또한, 실제 양자점 모양에 따른 센서 성능 변화를 검증하기 위하여 센서 소자 위에 양자점 필름을 코팅하였다.
          
 ○ 그 결과, 예상한 바와는 다르게 테트라포드 방파제 모양 기반 센서가 필름의 밀도가 높은 원형보다 성능이 약 7배 우수한 결과를 보였다.
          
 ○ 이는 원형 양자점 내 전하 운반체의 움직임을 방해하는 트랩 에너지 준위* 농도가 테트라포드 방파제 모양의 양자점보다 약 10% 정도 높아 센서 성능이 낮아진 것으로, 양자점 기반 센서의 성능은 단순히 필름의 밀도에 의존하지 않음을 최초로 밝혔다.
    * 트랩 에너지 준위 : 반도체 내에서 전자나 정공의 움직임을 방해하는 에너지 준위