일본산업뉴스요약

광센서, 1볼트에 2,900배 증폭
도인요코하마대학, 야간에도 쉽게 사용

도인요코하마대학의 이시이(石井) 강사와 미야사카(宮坂) 교수 연구팀은 고감도로 빛을 검출하는 센서를 개발했다. 페로브스카이트 구조라는 특수한 형태를 갖는 나노 입자를 사용해 빛을 증폭한다. 약한 빛도 약 2,900배로 증폭할 수 있다. 방범카메라 등 약한 빛에서 사용하는 카메라나 로봇의 눈 역할을 하는 센서로서의 이용을 전망한다. 이제부터는 협력 기업을 찾아 5년 후의 실용화를 목표한다.

광센서는 들어 온 빛을 전기 신호로 바꿔 검출한다. 일반적인 광센서는 들어 온 빛의 입자 ‘광자(Photon)’의 양 이상의 전자를 움직일 수는 없다. 때문에 광자의 양이 적은 약한 빛을 판별할 수 없기 때문에 어두운 장소에서는 사용할 수 없다.

고감도 광센서는 전압을 걸어 전기 신호를 크게 해서 검출 감도를 높인다. 구동 전압이 높기 때문에 큰 전원이 필요해지면서 장치 전체도 대형이 되었다.

연구 그룹은 전기 신호를 높이기 위해 페로브스카이트 구조의 입자를 이용했다. 페로브스카이트 구조는 빛에 잘 반응하기 때문에 태양전지에 대한 응용이 검토되고 있다.

새로운 광센서는 투명 전극 위에 산화티탄의 다공막을 도포해, 산화티탄의 표면을 페로브스카이트 구조를 갖는 수 나노미터(나노는 10억분의 1)의 크기의 입자로 덮었다. 또한 입자의 표면에 유로퓸(europium)이라는 원자와 유기화합물의 조합 구조가 생기도록 했다. 두께는 180나노미터 정도로 했다.

빛이 닿으면 페로브스카이트 구조의 나노 입자의 효과로, 유로퓸의 구조체에 의해 막혀져 있던 전자가 흐르게 되고 전류가 증폭된다. 증폭률은 약 2,900배로 전류를 증폭하는 일반적인 광센서보다도 크다. 또한 구동 전압은 1볼트 정도로 건전지로 처리할 수 있다.

새로운 센서는 400~800나노미터의 가시광역의 파장을 증폭할 수 있어 센서 하나로 폭넓은 파장의 빛을 검출할 수 있다. 현재의 소자 크기는 3mm 정도다. 도포로 제조할 수 있기 때문에 큰 면적으로 하기 쉽고, 바닥이나 건조물의 벽 등에 붙여서 사용할 수 있다.

현재의 고감도 광센서는 큰 전력이 필요하기 때문에 소형 기기나 방범 카메라와 같은 기기에 이용하기에는 적합하지 않았다. 이번 광센서는 건전지 정도의 전력으로 사용할 수 있고, 달빛 정도의 약한 빛으로도 충분히 감지할 수 있기 때문에 야간에도 사용하기 쉽다. IoT용 고감도 센서로서의 이용을 전망한다. 또한 이동전화나 스마트폰의 카메라, 로봇의 눈으로서도 이용할 수 있다고 한다.

앞으로는 강도를 더욱 향상시킨다. 재료 등을 바꾸면 근적외광 등도 파악할 수 있을 것으로 보고 있어 체온 검출 장치 등에 대한 응용도 검토해 나간다.

● 광센서의 종류와 특성

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