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이형우 교수팀, 근적외선 광검출 성능 획기적 향상 방법 개발.. 보안∙의료 등 활용 기대

물리학과 이형우 교수팀이 근적외선 광검출기의 광검출 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다. 이에 앞으로 야간 투시와 보안, 바이오 메디컬 분야 등에서 널리 활용될 수 있을 전망이다. 이형우 교수(물리학과∙대학원 에너지시스템학과, 사진 왼쪽)는 SrRuO3/LaAlO3/Nb-doped SrTiO3(SRO/LAO/Nb:STO) 이종접합에서 수 원자층 수준 계면 제어를 통해 근적외선 광검출 성능을 혁신적으로 향상시키는 방법을 개발했다고 밝혔다. 해당 내용은 ‘원자 규모 계면 제어를 통한 복합 산화물 이종접합 기반 근적외선 광검출(Atomic-Scale Interface Modification in Complex Oxide Heterojunctions for Near-Infrared Photodetection)’이라는 제목으로 <ACS nano> 12월호에 온라인 게재됐다. 가천대 엄기태 교수와 한국과학기술원(KAIST) 양용수 교수팀이 함께 연구에 참여했다. 아주대 대학원 석사과정의 유상혁 학생은 제1저자로 함께 했다. 광검출 기술은 입사 광자를 전기 신호로 변환하는 반도체 분야 기초 기술 중 하나로, 다양한 광전자 응용 분야에서 중요하게 활용되고 있다. 특히 근적외선 광검출기는 ▲야간 투시 ▲보안 ▲의료 진단 - 바이오 메디컬 이미징 등 여러 분야에 활용될 수 있어 많은 관심을 받고 있다. 근적외선(Near-Infrared, NIR) 광검출은 파장이 대략 850nm~ 155nm 인 빛을 검지하는 기술이다. 눈에 보이는 가시광선 영역이 아니기 때문에 일반적으로 제어가 어렵고, 더욱이 장파장 영역이라 에너지가 낮아 정밀하게 검출하는 데에 어려움이 있다. 반면, 근적외선 빛은 가시광선에 비해 다른 물질 속으로 더 깊이 통과할 수 있으며, X선이나 UV처럼 부작용을 유발하지 않기 때문에 다양하게 응용될 수 있다. 또한, 장파장 빛인 만큼 산란이 적고 더 먼 거리까지 정보를 전달할 수 있다는 장점이 있어, 정밀 측정만 가능하다면 ▲광섬유 네트워크 통신 ▲생체 조직 내 바이오 이미징 기술 ▲야간 감시 장비 및 야간 적외선 시각화 ▲얼굴 인식 및 보안 분야 등에의 적극적인 활용이 가능하다. a. SRO/LAO/Nb:STO 기반 근적외선 검출 소자의 모식도 b.해당 소자를 이용한 광검출 측정 모습 c. 광검출 중 소자의 온도 변화 측정 결과: 온도 변화가 미미함을 통해 일반적인 열전자 기반의 광검출 방식이 아님을 입증했다 현재 활용되는 대부분의 근적외선 광 검출 기술은 실리콘 또는 수은-카드뮴-텔루라이드(HgCdTe) 등의 II-VI 화합물 반도체를 이용한다. 하지만 실리콘의 경우 낮은 흡수 계수로 인해 근본적 성능 한계가 존재하며, HgCdTe화합물 반도체의 경우 낮은 재료 균일성과 화학적 불안정성이 문제로 남아있다. 이러한 한계를 극복하고자 쇼트키(Schottky) 접합 기반의 근적외선 광 검출기가 주목받기 시작했다. 여기에 활용되는 복합 산화물 이종구조는 쇼트키 장벽과 내부 전위 프로파일을 정밀하게 조정할 수 있어 매우 유망한 전자 소재로 볼 수 있다. 아주대 연구팀은 극성(Polar) 단층 LAO를 삽입해 계면에서 쇼트키 장벽을 최적화해 근적외선 광(파장 850nm) 조사 시 ~1.1 mA/W의 높은 감응도를 유지하면서, 암전류(dark current)는 수 pA 수준으로 억제할 수 있었다. 이러한 원자층 수준 계면 제어를 통해 감응도를 최대 1371%까지 향상시키는 데 성공했으며 지속성 광전도성(Persistent photoconductivity, PPC)을 통해 광전도의 점진적인 제어가 가능함을 입증했다. 이 같은 성능 향상은 계면에 삽입한 극성 LAO층을 이용해 터널 장벽의 높이와 폭을 근적외선 검출에 적합한 형태로 제어했기 때문이다. 연구팀은 또 추가로 개발한 SRO/LAO/Nb:STO 기반 광소자를 이용해 근적외선 광신호의 공간 이미징 및 신경 모방 소자 구현 가능성을 실험적으로 입증했다. 이형우 교수는 “이번 성과를 통해 복합 산화물 이종구조 기반의 고성능 근적외선 광 검출기 개발이 가능해질 것”이라며 “관련 광전자 응용 분야에서 산화물 이종접합이 매우 큰 잠재력을 가지기에 야간 투시나 보안, 바이오 메디컬 이미징 등의 분야에서 널리 활용할 수 있을 것으로 본다”라고 말했다. 이번 연구는 교육부 주관 대학기초연구소(G-LAMP) 사업과 한국연구재단의 우수신진연구, 기초연구실지원사업(BRL)의 지원을 받아 수행됐다. 아주대 연구팀이 개발한 소자로 광검출 중인 모습

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소프트웨어융합대학 강경란 학장, 과기정통부 장관 표창

우리 학교 소프트웨어융합대학 강경란 학장이 인터넷발전 유공자로 선정되어 과학기술정보통신부장관 표창을 받았다. 강경란 학장(소프트웨어학과교수)은 1998년부터 국내 인터넷 정책 표준 관리 체계 RFC-KR 관리자 역할을 수행해왔으며, 민간 인터넷 주소 정책 자문 기구의 위원으로 현재까지 활동하고 있다. 강 학장은 인터넷 주소 정책과 관련된 다양한 분야에서의 공로를 인정받아 2024년 인터넷발전 유공자로 선정됐다. 강 학장은 특히▲한글.kr 도입(2002) ▲.kr 2단계 영문도메인 개방(2004) ▲.한국 도입(2009) ▲.kr 3단계 숫자도메인 도입(2020) 등 국내 도메인 이름 정책의 중요한 전환기에 핵심 기여자로서 활동해왔다. 또한, 지난 2018년부터 과학기술정보통신부 산하 인터넷주소정책심의위원회와 인터넷주소정책위원회의 위원으로 참여하며, 올해 도메인 이름 정책 소위원장으로서 ▲.ai.kr▲.it.kr▲.io.kr▲.me.kr 등 새로운 공공도메인 생성을 주도했다. 강경란 학장은 지난 2004년 3월부터 아주대 강단에 서왔으며, 현재 소프트웨어융합대학 학장을 맡고 있다. 컴퓨터 네트워크에서의 신뢰성 있는 데이터 전달 · 인공지능 기술에 기반한 시멘틱 통신 · 인공지능의 안전성 등 인터넷 발전을 위한 연구를 수행하고 있다.

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강대식 교수팀, 세계 최고 민감도 가진 변형률 센서 개발

- 미세 변형 측정 가능, 뇌혈관 질환∙건축물 구조적 이상 등 모니터링에 활용 기대 - <사이언스 어드밴시스(Science Advances)> 게재 우리 학교 기계공학과 강대식 교수가 참여한 연구팀이 세계 최고 수준의 민감도를 가진 변형률 센서를 개발했다. 이 센서는 생체 환경에서 높은 활용도를 가져 생체공학 및 의료기기 분야에 널리 적용될 수 있을 전망이다. 강대식 교수(기계공학과, 사진)는 서울대 재료공학부 강승균 교수팀, 단국대병원, 미국 퍼듀대 연구팀과 함께 미세균열과 메타구조의 독창적 결합을 통해 초민감 유연 신축성 센서를 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 해당 센서로 뇌혈관의 혈압 및 혈류를 연속적으로 측정, 뇌졸중을 실시간으로 진단하는 기술을 구현해냈다. 이번 연구 성과는 <사이언스 어드밴시스(Science Advances)>에 12월20일 온라인 게재됐다. ‘변형률 센서(Strain Sensor)’는 재료나 구조물의 표면에 부착해 변형률을 측정하는 장치다. 변형률(Strain)은 외부에서 힘이나 하중이 작용했을 때 물체가 원래의 길이나 부피 보다 얼마나 변형되었는지를 나타낸다. 신축성이 높은 유연 변형률 센서는 전도성 재료의 전기저항 변화를 기반으로 특정 물체의 변형이나 생체 신호를 감지한다. 그러나 기존에 이용되어 온 변형률 센서는 측정가능한 민감도가 제한적이었다. 10⁻³ 이하의 미세한 변형률을 측정할 때 성능이 급격히 저하되는 것. 사람을 사망에 이르게 하는 뇌출혈이나 뇌경색 같은 뇌혈관 질환은 10⁻³ 미만의 초미세 변형을 동반하며, 건축물에서의 구조적 이상은 10⁻⁵~10⁻³ 수준의 표면 변형을 동반한다. 그림 왼쪽이 메타구조-균열 통합 기반 초고민감 변형률 센서 오른쪽은 메타-균열 센서를 구성하는 균열이 포함된 박막과 메타구조 공동 연구팀은 음의 푸아송 비율(Poisson’s ratio, 수평 방향의 변형률을 수직 방향의 변형률로 나눈 비율)을 가진 메타구조를 도입, 기존 센서 대비 최대 100배 이상 민감도가 높은 새로운 유연 신축성 변형률 센서를 개발하는 데 성공했다. 이 센서는 10⁻⁵ 수준의 극미세 변형까지 측졍할 수 있다. 사람의 머리카락에서 원자 하나만큼의 길이가 늘거나 주는 수준의 극미세 변형까지 측정 수 있게 된 것. 연구팀은 실제 빵에서 피어난 곰팡이 균사에서의 접촉(10⁻⁵ 수준 변형률)을 실시간 감지, 미생물 성장 과정에서 보이는 극미세 변형도 모니터링 가능함을 확인했다. 연구팀은 또한 새로 개발한 센서를 두개골 내부 뇌혈관 표면에 부착, 혈압과 혈류 변화를 실시간 모니터링하는 데 성공했다. 뇌출혈이나 뇌경색 같은 뇌혈관계 질환이나 심혈관계 질환을 조기에 진단하고, 정밀한 의료 데이터를 확보할 수 있게 된 것이다. 센서는 생분해성 소재가 사용되어 인체 내에서 자연 분해되기 때문에 환자에의 적용이 안전하다. 이번에 개발한 센서는 의료 분야 뿐 아니라 로봇 공학이나 재난 구조, 환경 모니터링 등 다양한 분야에서 응용될 것으로 연구팀은 기대하고 있다. 위 사진 왼쪽 - 개 뇌 모델 혈관 표면에서의 생체 신호 모니터링 모식도. 위 오른쪽 이미지는 혈관 다발 표면에서의 초민감 혈압 변화 모니터링 현황을 보여준다. 아래는 실시간 혈류 변화 모니터링 모습