이화여대 연구진이 빛 알갱이 하나까지 감지할 수 초고감도 실리콘 광센서의 기초원천기술 확보에 성공했다. 광센서는 빛 알갱이인 광자를 감지하는 장치로 의료용 정밀 영상장치나 우주관측, 어두운 곳에서 사용되는 특수 촬영장치 등에 활용된다.

이화여대 MEMS 우주망원경 연구단(단장 박일흥 교수·사진)은 12일 단일 광자까지 일일이 감지해 계수할 수 있는 초고감도 실리콘 광센서인 ‘실리콘 광증배소자(SiPM)’를 국내 최초로 개발했다고 밝혔다.

고감도 광센서로는 부피가 큰 고전적인 진공 광증배관(Photomultiplier)과 반도체 광센서인 아발란치 광다이오드(APD), 하이브리드 광다이오드(HPD) 등이 있으나 극저온이나 수만 볼트(V)의 고전압이 필요해 특정 목적 외에는 사용되지 않고 있다.

이에 비해 2003년 러시아 모스코바공대 연구진이 처음 제안한 실리콘 광증배소자는 상온에서 수십 볼트의 전압으로 작동하고 매우 약한 빛까지 정확하게 감지할 수 있어 ‘꿈의 광센서’로 불리며 세계 각국이 기술 확보를 위해 경쟁적으로 투자에 나서고 있다.

박 교수팀이 개발한 초고감도 실리콘 광센서(오른쪽 사진)는 14V의 저전압에서 작동하며 잡음이 기존 광센서보다 100분의1 정도에 불과해 러시아 연구진과 일본·아일랜드 기업 등이 개발한 기존 센서보다 성능이 크게 향상됐다.

박 교수는 “앞으로 저전력이 요구되는 우주과학용의 차세대 관측망원경 장비에 이 소자들을 활용할 예정”이라며 “SiPM 광센서는 수년 내 양전자방출단층촬영(PET) 같은 의료영상 장비, 정밀과학 장비, 카메라 센서 등에 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

고려대 물리학과와 대학원(석사)을 졸업한 박 교수는 미국 뉴저지주립대에서 물리학 박사학위를 받았으며 2002년부터 이화여대 물리학과 부교수로 재직하고 있다. 이번 연구는 교육과학기술부와 한국과학재단이 추진하는 창의적연구진흥사업의 일환으로 수행됐다.