초록 ▼

1. 사업기획 추진 배경 및 필요성
□ 적외선 감지
◦태양에서 방출되는 다양한 전자기파 중 지표면에 도달하는 가장 많은 양을 가진 것이 800 ㎚ 이상의 파장에 해당하는 적외선임
◦인간의 눈으로 감지가 불가능한 적외선 영역의 빛은 그 반사 특성과 에너지 방출 특성으로 인해 2차 세계대전 이후로 지속적인 연구 되어왔음
◦적외선 감지기술은 흡수된 적외선을 전기적 신호로 변환시키는 기술로서, 주로 야간 전투 임무수행 또는 방어 체계 등을 위한 군사용으로 인식되어 왔음
◦2000년대에 들어 보안 감시, 화재감시,

1. 사업기획 추진 배경 및 필요성
□ 적외선 감지
◦태양에서 방출되는 다양한 전자기파 중 지표면에 도달하는 가장 많은 양을 가진 것이 800 ㎚ 이상의 파장에 해당하는 적외선임
◦인간의 눈으로 감지가 불가능한 적외선 영역의 빛은 그 반사 특성과 에너지 방출 특성으로 인해 2차 세계대전 이후로 지속적인 연구 되어왔음
◦적외선 감지기술은 흡수된 적외선을 전기적 신호로 변환시키는 기술로서, 주로 야간 전투 임무수행 또는 방어 체계 등을 위한 군사용으로 인식되어 왔음
◦2000년대에 들어 보안 감시, 화재감시, 차량용 나이트비전(Night vision), 바이오센서, 농산물 및 의약품 스캐닝 등 다양한 형태로 민수산업용 시장의 형성
◦적외선은 그 파장에 따라 SWIR(short wavelength infrared), MWIR(medium wavelength infrared) 그리고 LWIR(long wavelength infrared) 로 구분됨

□ 적외선 검출기의 분류
◦적외선 감지기는 동작원리에 따라 열 검출기(thermal detector)와 광 검출기(photon detector)로 구분되어짐
◦열 검출기: 목표물로부터 입사되는 적외선에 의해 검출 물질의 온도가 상승함으로 생기는 물성의 변화를 감지

- 넓은 파장 대역에 걸쳐 균일한 감지가 가능
- 냉각이 필요 없음
- 온도 상승 혹은 냉각에 걸리는 시간으로 인해 응답속도가 느림
- 감지능(detectivity)이 낮다는 단점을 가짐

◦광 검출기는 반도체 재료에 입사된 적외선이 재료 내부에 있는 전자를 높은 에너지 준위로 여기 시킴으로써 얻어지는 전기적 신호를 감지
- Detectivity 가 반도체 물질의 밴드갭에 의존함
- 응답속도가 빠르고 Detectivity도 높음
- 비냉각시 암전류(dark current)의 증가로 인해 감지능이 큰 폭으로 떨어짐

□ 근적외선(SWIR) 파장대역의 연구 및 기술개발 필요성
◦ SWIR대역 파장의 반사 특성
- SWIR대역은 가시광선과 같이 물건에 반사되는 특성을 가지며 광 검출기를 통해 감지
- 사물로부터 반사되는 photons을 흡수하여 이미징을 하기 때문에 그림자나 대비(contrast)를 가지며 가시광선 이미지 수준의 높은 해상도 보여줌
- 열적외선대역에서 사용되는 MWIR·LWIR빛이 물건의 detection(배경으로부터 사물을 구분하는 것)에 유리하다면 SWIR은 identification(사람이나 물건을 확인검증)에서 탁월한 장점을 가짐
- 군사용뿐 아니라 민수산업 전 분야에 걸친 다양한 응용분야가 존재하나 InGaAs 기반의 SWIR 적외선 이미지 센서의 높은 가격으로 인해 시장형성이 어려운 상황

ㅇ Eye safe laser 파장 대역
- 1.4 ㎛ 보다 긴 파장의 레이저는 눈의 각막에서 강한 흡수도를 갖기 때문에 망막에 주는 피해를 최소화 시킬 수 있음.
- 3 ㎛ 이상의 파장은 너무 얇은 각막에 빛이 모두 흡수되기 때문에 오히려 각막이 쉽게 손상될 수 있음
- 이와 같은 특성을 이용하여 1.5 ㎛이상의 레이저 혹은 LED를 적외선 감지기와 함께 사용하면, 눈에는 무리가 가지 않으면서 뚜렷한 SWIR 파장대역 이미지를 얻을 수 있음

◦ 대기광 (air glow or night glow) - SWIR대역 파장
- 산소ㆍ나트륨ㆍ질소 등의 원자가 낮 동안 태양의 자외선에 의해 해리되고, 야간에 천천히 재결합하면서 발생하는 SWIR대역의 파장

- 대기광은 달과 별빛이 없어도 언제나 지표면에 존재하며 특히 1.5~1.8 ㎛ 범위의 SWIR 파장대역을 이용하면 달과 별빛조차 없는 야간에도 물체 인식 가능

ㅇ SWIR 대역 연구 및 시장 현황
- 가장 발전된 연구는 군사목적의 야간 투시경임
- 기술적으로 가장 앞선 3세대의 야간투시경은 GaAs와 InGaAs를 사용 중이며 그 중 eye-safe 영역의 빛의 흡수가 가능한 InGaAs 연구가 집중적으로 이루어지고 있음

- InGaAs를 이용한 3세대 야간 투시경에 대한 기술과 특허는 미국, 일본, 이스라엘과 같은 선진국이 독점하고 있으며 기술 특성상 후발주자로의 기술이전은 기대하기 힘든 상황임

- 현대전에서 야간 전투의 중요성은 점차 커지고 있으며 대한민국군도 2500억원의 예산을 들여 2세대 야간투시경을 일부에 보급 중이나 무게와 수명, 비싼 유지비로 인해 보급률과 활용률은 미국 대비 10%에 불과함

- 4차 산업혁명으로 인해 SWIR대역의 민수산업 수요가 급증하고 있으나 이를 대응할 수 있는 저가격·고성능의 재료연구는 미비한 실정임

- SWIR 이미징은 전자회로기판 검사, 태양전지 검사, 농산품의 수분 함량 검사, 식별 및 분류, 감시, 위조방지, 의료목적, 공정 품질 제어 등 다양한 용도에 사용됨

◦ 현 SWIR 검출기의 한계
- SWIR영역의 파장을 모두 흡수 가능한 광 적외선 소재인 InGaAs는 미국의 국제 무기거래규정(ITAR)에 의해 거래와 수출이 모두 제한됨
- InP는 InGaAs의 증착을 위한 기본 물질로서 InP 웨이퍼의 생산 기술은 국내에서 거의 연구되지 않고 있음
- InP 웨이퍼의 결정성장과 그 후의 InGaAs의 epitaxial 증착으로 인해 소재의 가격 및 대면적 제작에 한계를 가짐
- 선진국의 기술독점에 의한 진입 장벽이 높으며, 중국 등 후발 국가들의 진입으로 국내 기술의 고립화가 진행되고 있으며 그 차이는 점점 멀어지고 있음
- 신소재 관련 원천기술과 공정기술의 확보가 시급

ㅇ SWIR 대역 검출이 가능한 신기능소재 및 공정 기술 개발
- 퀀텀닷은 넓은 표면적으로 인해 빛을 흡수하는데 이상적인 소재이며 크기에 따른 흡수영역 조절이 가능하여 InGaAs를 대체할 최적의 물질임
- Wet chemical 방법을 이용한 퀀텀닷의 사용은 solution process를 가능하게 하여 대면적, 플렉서블 기판 등의 사용 이점 뿐 아니라 제품의 가격을 낮추는데 유리
- 극저온 냉각을 필요로 하지 않아 무게를 줄이는데 유리하며 OLED와 박막 증폭 등과 결합하여 혁신적인 적외선 이미지 센서의 개발 기대
- SWIR 대역 감지 퀀텀닷에 대한 원천기술 획득은 기술적 혁신뿐 아니라 보안감시, 바이오산업, 스마트 빌딩·자동차·농장 등 민수산업 전 분야에 신시장 창출이라는 산업적 파급력을 가져올 것으로 기대

(출처 : 본문 : 제 1 장 사업기획의 개요 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 사업 기획의 개요 ... 3
• 1. 사업기획 추진 배경 및 필요성 ... 3
• 2. 사업기획 추진 목적 ... 8
• Ⅱ. 대내외 환경 분석 및 시사점 ... 10
• 1. 개발 대상 기술·제품의 개요 ... 10
• 2. 시장 동향 ... 10
• 3. 특허 동향 ... 15
• Ⅲ. 세부기술 개발 및 향후 사업화 방향 ... 19
• 1. 적외선 검출 퀀텀닷 합성 기술 개발 ... 19
• 2. 퀀텀닷과 OLED를 이용한 적외선 이미지 센서의 구현 ... 23
• 3. 친환경 퀀텀닷의 개발 ... 26
• Ⅳ. 기대효과 ... 31
• 1. 저가격, 저전력, 플랙서블 적외선 이미지 센서의 개발 ... 31
• 2. 군사 응용 분야 ... 31
• 3. 민수산업 응용 분야 ... 33
• 끝페이지 ... 36