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[사이언스] 실리콘 기반 라이다(Lidar) 센서 개발... 자율주행자동차를 위한 단파적외선 감지

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특허뉴스 박진석 기자
기사입력 2020/07/30 [12:15]

자율주행자동차용 실리콘 기반 라이다 센서 / 자율주행자동차의 핵심 기술 중 하나는 사람의 눈과 같이 주변 장애물을 감지할 수 있는 라이다 센서 개발이다. 장애물에 반사되어 오는 빛을 감지하여 장애물의 유무를 감지하게 되는데 기존 전투기들에 사용되는 레이다와 달리 사람의 눈에 피해를 주지않는 단파 적외선 영역의 빛을 사용해야만 한다. 변형제어 기술로 제작된 실리콘 반도체 기발 라이다 센서를 사용하여 사람의 눈에 피해를 주지않고 주변 장애물을 식별할 수 있다 / 제공 : 연세대학교 안종현 교수  © 특허뉴스

 

자율주행자동차 개발이 세계적으로 중요한 이슈가 되고 있다. 현재 자율주행자동차 개발에 있어 중요한 기술적 이슈 중 하나가 사람의 눈에 해를 끼치지 않는 빛의 파장대인 단파 적외선 (Short wave infrared)을 감지할 수 있는 라이다(Lidar)의 개발이다.

 

현재는 제작비용이 높은 InGaAs 계의 화합물 반도체를 사용하고 있어 자율주행차 대중화를 가로막고 있다. 만약 저비용의 실리콘 반도체를 활용하면 제작비용을 획기적으로 낮출 수 있는데, 실리콘 반도체는 단파적외선 영역을 감지할 수 없는 한계점이 있었다.

 

한국연구재단은 연세대학교 안종현 교수 연구팀과 대구경북과학기술원 이재동 교수 연구팀이 자율주행자동차의 핵심기술 중 하나인 장애물 감지용 라이다 센서 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

 

우리 눈에 해를 끼치지 않는 단파 적외선을 이용하여 자동차 주변의 장애물을 감지할 수 있는 라이다 센서는 자율주행자동차 개발의 중요한 이슈이다.

 

가시광선 영역의 단파장 빛은 사람의 눈에 피해를 줄 수 있어 현재 자율주행차에 적용이 어렵다. 이러한 문제 때문에 단파 적외선을 감지할 수 있는 InGaAs 화합물 반도체를 사용하여 라이다 센서를 개발하고 있다.

 

하지만 InGaAs 화합물 반도체는 제작비용이 높아 메모리 반도체 등에 널리 사용되는 저비용, 대량생산이 가능한 실리콘 반도체에 대한 연구가 활발하다. 그러나 실리콘 반도체는 단파 적외선을 감지할 수 없어 그동안 라이다 센서에 적용되지 못했다.

 

이에 연구팀은 10nm 이하로 초박막 실리콘을 제작하고 변형 제어 기술을 통해 실리콘의 전자구조를 변화시켜 단파 적외선을 감지할 수 있는 광센서를 개발했다.

실리콘 반도체의 전자구조를 변형시키기 위해서는 높은 변형을 가해야만 가능하다. 하지만 실리콘은 단단하여 부서지기 쉬워 변형을 가할 수 없다. 이러한 문제를 극복하기 위해 기존 실리콘 웨이퍼를 식각공정을 통해 10nm 이하의 초박막 상태로 만들어 높은 변형 하에서도 부서지지 않도록 유지시켜 단파 적외선을 감지할 수 있는 실리콘 광센서를 제작하였다.

 

제작된 실리콘 광센서는 자율주행자동차와 다양한 보안장치에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 성과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)730일 게재되었다.

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