KAIST, 전기신호만으로 기능 바꾸는 ‘초소형 광학칩’ 세계최초 개발

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전기 신호만으로 기능을 바꿔 분광기와 카메라 등으로 활용할 수 있는 반도체 광학 칩을 국내 연구진이 개발했다.

KAIST는 김현정 항공우주공학과 교수팀이 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구팀과 함께 전기 신호에 따라 기능을 전환하는 초소형 광학 칩을 세계 최초로 개발했다고 14일 밝혔다. 그동안 위성이나 발사체에는 임무에 맞춰 광학 필터와 센서를 각각 새로 설계해 탑재해야 했다. 새 칩은 하드웨어를 교체하지 않고도 열영상 센서, 분광기, 적외선 카메라 등 여러 장치의 기능을 수행할 수 있다.

연구팀은 빛의 투과량을 조절하는 메타표면 기반 칩을 총 36개 픽셀(6X6)로 구현했다. 각 픽셀을 따로 제어해 필요한 부분의 빛만 조절하는 방식이다. 픽셀 수가 늘면 선택하지 않은 픽셀에도 전류가 흘러 함께 작동할 수 있는데, 연구팀은 픽셀마다 실리콘 PIN 다이오드를 넣어 이를 막았다.

전기 신호를 한 번 가하면 설정된 상태가 전원이 꺼진 뒤에도 유지되는 상변화 소재를 적용한 점도 특징이다. 지속적인 전력 공급이 필요 없어 전력 사용이 제한적인 위성 등 우주 탑재체에 적합하다. 1만6700회 이상 반복 구동한 뒤에도 성능을 유지해 기존 투과형 전기구동 상변화 메타 표면보다 내구성이 약 13배 높은 것으로 나타났다.

기술이 상용화되면 칩 하나로 발사체 표면의 온도와 손상 여부를 진단하고, 우주정거장의 과열이나 가스 누출을 감시할 수 있을 것으로 기대된다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 7일자 온라인판에 게재됐다.

김재형 기자 monami@donga.com