외부 전원 공급 없이 스스로 빛을 감지해 선명한 이미지를 만드는 차세대 페로브스카이트 이미지 센서 기술이 개발됐다.
중국 베이항대, 중국과학원, 홍콩폴리텍대 공동 연구진은 최근 '선택적 에피택셜 성장' 전략을 이용해 고성능 페로브스카이트 단결정 이종접합 배열을 대규모로 제작하는 데 성공했다고 밝혔다.
이번 연구는 기존 다결정 페로브스카이트 소재가 가진 픽셀 간 불균일성, 낮은 전하 이동도 등의 한계를 극복했다는 평가를 받는다. 다결정 소재는 결정 방향이 무작위여서 이미지 품질 저하의 원인이 됐다.
연구진은 단결정 기판 위에 미세한 패턴의 폴리머 주형을 놓고 페로브스카이트 결정을 성장시키는 새로운 방식을 고안했다. 이 방식은 기판이 결정의 방향을 한쪽으로 정렬시키고, 주형이 픽셀의 크기와 배열을 정밀하게 제어하는 원리다.
이를 통해 연구진은 가로세로 1.5mm 면적에 44x44 배열의 균일한 단결정 픽셀을 제작했다. 개발된 이종접합 구조는 내부에 0.99전자볼트(eV)의 전기장을 형성해 외부 전원 없이도 빛을 효율적으로 전하로 분리할 수 있다.
이렇게 만들어진 자체 전원 광검출기 배열(8x8 픽셀)은 9나노와트(nW) 수준의 미세한 빛까지 감지하는 높은 민감도를 보였다. 반응 속도는 상승 22밀리초(ms), 하강 173밀리초로 빨랐다.
안정성 또한 우수했다. 별도 포장 없이 대기 중에 4주간 노출한 뒤에도 성능 저하가 거의 없었으며, 7000초 연속 작동 후에도 광전류가 10% 감소하는 데 그쳤다.
연구진은 개발된 센서로 'H' 모양과 복잡한 '크리스마스트리' 패턴의 빛을 투사해 선명한 이미지를 얻는 데 성공했다. 이는 차세대 자체 전원 이미징 시스템, 뉴로모픽 비전 센서 등으로의 응용 가능성을 열어준 성과다.