KAIST, 외부 전원 없이 작동하는 차세대 광센서 개발…전자기기 무전력화 시동

한국과학기술원(KAIST)이 외부 전원 없이도 작동 가능한 차세대 광센서를 개발하면서, 향후 무전력 전자기기 구현에 대한 기대감이 커지고 있다. 2차원 반도체 기술 기반의 이번 성과는 전력 소모를 최소화해야 하는 다양한 분야에서 응용 가능성이 높다.

이번 기술은 KAIST 전기·전자공학부 이가영 교수 연구팀이 개발한 것이다. 연구팀은 기존 반도체 공정에서 흔히 사용하는 '도핑'(전기적 특성을 바꾸기 위해 불순물을 주입하는 과정) 없이도 고성능 PN 접합 구조를 구현해냈다. PN 접합은 P형(정공 중심)과 N형(전자 중심)의 반도체를 접합한 구조로, 대부분의 광센서나 다이오드 등에서 핵심적인 역할을 한다. 이 기술을 통해 센서는 빛을 받기만 해도 스스로 전기 신호를 만들어낼 수 있다.

특히 주목할 점은 ‘반데르발스 전극’과 ‘부분 게이트’ 구조의 도입이다. 반데르발스 전극은 전극과 반도체 사이의 접합에서 강한 화학적 결합 없이도 전기적 특성을 높일 수 있도록 해주는 구조다. 이는 반도체의 손상을 방지하면서도 전기 신호에 민감하도록 만들어준다. 반면, 부분 게이트 구조는 반도체의 일부만 제어해 한쪽은 P형, 다른 쪽은 N형처럼 작동하게 만드는 방식이다. 이를 통해 별도의 도핑 없이도 PN 접합처럼 작동하는 회로를 구현할 수 있게 됐다.

연구팀이 개발한 무전력 광센서는 기존 전원이 필요한 센서보다 빛에 대한 민감도(응답도)가 20배 이상 높다고 밝혔다. 이는 어두운 환경에서도 정확하게 작동할 수 있는 수준이며, 곧바로 실용화에 나설 수 있는 기술력으로 평가된다. 센서 기술뿐만 아니라, 전자기기의 전류 흐름을 제어하는 핵심 부품으로도 활용될 수 있다는 점에서 응용 범위가 넓다.

이번 연구 성과는 독일 와일리(Wiley)사가 발행하는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈'(Advanced Functional Materials) 2025년 7월 26일자 온라인판에 게재됐다. 연구를 이끈 이가영 교수는 해당 기술이 전자기기 소형화와 저전력화에 의미 있는 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다.

이 같은 흐름은 차세대 스마트폰, 웨어러블 기기, 사물인터넷(IoT) 센서 등에서 배터리 의존도를 낮추고, 보다 지속 가능한 전자제품 생태계로 나아가는 데 중요한 전환점이 될 것으로 보인다. 특히 에너지 효율이 중요한 환경에서 무전력 기술이 필수적인 요소로 자리 잡을 것으로 전망된다.