KIST-성균관대 연구진, 고온서도 작동 가능한 열화상센서 개발
스마트폰용 열화상카메라, 자율주행차 열감지센서에 활용 가능

국내 연구진이 고가의 열영상센서를 소형화시켜 스마트폰이나 자율주행차에 장착할 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단, 전자재료연구단, 성균관대 신소재공학부 공동연구팀은 산화물 반도체에 쓰이는 재료를 이용해 제작비용을 낮추고 작동온도를 낮춘 휴대용 센서기술을 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 소재과학 분야 국제학술지 ‘응용 표면과학’(Applied Surface Science)에 실렸다.

지난해부터 코로나19가 확산되면서 건물 출입구에 출입자들의 체온을 비접촉식으로 감지할 수 있는 열영상감지기들이 많이 쓰이고 있다. 열영상감지기에는 인체나 물체에서 나오는 열을 감지해 영상화하는 열영상센서가 필수적이다. 스마트폰 업계는 열영상센서를 소형화해 실시간으로 체온을 측정할 수 있는 기능을 스마트폰에 장착하려고 하고 자동차업체들은 열영상센서를 사용해 더 안전하고 정확하게 움직이는 자율주행차를 만드려는 시도들을 하고 있다.

열영상센서는 장치들이 만들어내는 발열에서도 안정적으로 작동돼야 하기 때문에 별도의 냉각소자가 필요하다. 이 때문에 열영상감지장치를 소형화하기가 쉽지 않고 제작비용도 비쌀 뿐만 아니라 냉각소자가 있어도 85도 이상에서는 작동 오류가 나는 경우가 많다. 실제로 열영상센서가 스마트폰 부품으로 사용하기 위해서는 85도, 자율주행차에 장착되기 위해서는 125도의 고온에도 안정적으로 동작해야 한다.연구팀은 100도 이상의 온도에서도 안정적인 산화물반도체 소재인 이산화바나듐 박막을 이용해 열로 인해 만들어지는 적외선을 감지해 전기신호로 바꾸는 소자를 제작했다. 이산화바나듐 박막으로 만든 열영상센서는 100도 이상에서도 동일한 수준으로 안정적으로 작동하고 외부의 원적외선을 최대한 흡수해 과열을 막아줌으로써 냉각소자가 필요 없다. 이 때문에 물체의 열을 3배나 더 민감하게 감지할 수 있어 스마트폰용 열화상감지카메라로 쓸 수 있으며 센서의 응답속도도 기존 초당 30~40프레임을 넘어 100프레임 화상촬영이 가능해 자율주행차 부품으로도 사용할 수 있다.

최원준 KIST 박사는 “이번 기술은 열영상센서의 제작가격을 획기적으로 낮출 수 있는 원천기술일 뿐만 아니라 기존 소자보다 민감도와 동작속도도 우수하다는 특징이 있다”라며 “열영상을 이용하는 스마트폰 및 자율주행차용 센서는 물론 군수산업에도 다양하게 쓰일 수 있을 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr