한국산업기술기획평가원(KEIT)이 첨단기술 확보를 위한 마중물 역할을 톡톡히 하고 있다. 연구개발(R&D) 지원 사업을 통해 세계 최상급 성능을 구현한 차세대 센서 기술을 개발하는 데 힘을 보탰다.
6일 산업계에 따르면 KEIT는 ‘차세대 지능형 반도체 기술개발 사업’으로 한국과학기술연구원(KIST)의 ‘단광자 아발란치 다이오드'(SPAD) 개발을 지원했다.
이명재 KIST 책임연구원은 이번 과제에서 40㎚ 후면조사형(BSI) 상보성 금속 산화막 이미지센서(CIS) 공정을 기반으로 SPAD를 개발하는 데 성공했다.
극도로 높은 증폭 특성을 가진 SPAD는 단광자까지 검출할 수 있는 초고성능 센서 소자다. 단광자가 들어오면 디지털 펄스를 내보내는 특성을 가졌다. SPAD를 센서로 활용해 송신부에서 내보낸 광자가 사물에 반사돼 돌아온 시간을 직접 측정하면 기준점부터의 거리를 정확하고 간편하게 측정할 수 있다. 3차원(D) 기반 비행시간 거리측정(TOF) 센서, 3D 이미지센서, 차세대 반도체 기반 라이다(LiDAR) 등에 적용할 수 있는 핵심기술로 꼽힌다.
현재 일본 소니가 90㎚ BSI CIS 공정을 기반으로 SPAD를 상용화해 아이폰·아이패드 등 애플 제품에 독점으로 공급 중이다. 소니 이외 다른 기업은 SPAD 관련 솔루션을 확보하지 못한 것으로 알려졌다.
산업통상자원부 산하 R&D 전문기관인 KEIT의 지원으로 개발된 SPAD는 소니의 SPAD 센서 효율보다 높은 광자 검출 효율을 구현했다. 사실상 세계에서 가장 우수한 SPAD 기술력을 확보한 셈이다.
업계 관계자는 “SPAD 기술은 개발 난도가 높아 세계적으로 소수만 보유하고 있다”면서 “핵심 원천기술인 SPAD를 고집적화 및 저가·대량생산에 최적화한 표준 CMOS 공정에서 개발하면 차세대 3D 이미지센서·라이다를 위한 최적의 솔루션을 제공할 수 있을 것”이라고 설명했다.
KIST 연구팀에 따르면 이번 SPAD 소자는 국내 반도체 기업의 양산용 CMOS 공정을 기반으로 해당 소자를 개발한 덕에 즉각적으로 국산화·양산화가 가능하다. 스마트폰은 물론 증강현실(AR)·가상현실(VR)·혼합현실(MR) 등 확장현실(XR), 첨단 운전자 보조시스템과 자율주행 자동차, 로봇, 드론 등 다양한 차세대 산업 분야에 적용하면 우리나라 산업경쟁력을 대폭 끌어올릴 것으로 기대된다.
KIST 연구팀 측은 “SPAD는 다양한 바이오·양자 응용 분야에서도 요구되는 센서·소자 기술이기 때문에 다양한 분야에서 추가 응용이 기대된다”면서 “전후방 산업과 연관 관계가 깊어 시스템반도체 분야에서도 고부가가치를 창출하는 차세대 핵심기술로 성장할 것”이라고 기대했다.
한편 이명재 연구원은 이번 SPAD 개발 성과를 인정받아 ‘2023년 올해의 산업혁신기술상’ 신기술 부문(산업부 장관상)에 선정됐다. 산업부 R&D로 세계 최초·최고 수준의 우수 기술을 개발한 연구자에게 주는 상이다.
윤희석 기자 pioneer@etnews.com
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