초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◎ 최종 목표
o 트랜지스터-안테나 융합소자 기반 THz 대면적 이미징 기술개발을 통해 보안 검색을 위한 실시간 THz 장비 시제품 개발

- THz 이미지 센서 드라이버 회로를 포함하는 2*20 pixels (2*20 mm²) THz 고속 Line Scan 이미지 센서 모듈 개발
- 400*400 mm²/sec 실시간/대면적 이미징이 가능한 보안 검색용 THz Line Scan 이미징 시스템 시제품 개발
- THz 이미지 센서 드라이

□ 연구개발 목표 및 내용
◎ 최종 목표
o 트랜지스터-안테나 융합소자 기반 THz 대면적 이미징 기술개발을 통해 보안 검색을 위한 실시간 THz 장비 시제품 개발

- THz 이미지 센서 드라이버 회로를 포함하는 2*20 pixels (2*20 mm²) THz 고속 Line Scan 이미지 센서 모듈 개발
- 400*400 mm²/sec 실시간/대면적 이미징이 가능한 보안 검색용 THz Line Scan 이미징 시스템 시제품 개발
- THz 이미지 센서 드라이버 회로를 포함하는 20*20 pixels (20*20 mm²) THz Area 이미지 센서 모듈 개발

o 최종 성과물

- 센서 해상도 2*20 pixels Line Type THz 센서 및 드라이버 회로 포함 모듈
- 촬영 해상도 400*400 pixels 가능한 400 fps, 2 set (1 set= 2*200 pixels) 기반 THz Line Scan 보안 검색 장비 시제품
- 센서 해상도 20*20 mm²/pixels Area Type THz 센서 및 드라이버 회로 포함 모듈

o 트랜지스터-안테나 융합소자 기반 THz 영상 센서 모듈 개발
- THz 이미지 센서 드라이버 회로를 포함하는 2*20 pixels THz 고속 Line Scan 이미지 센서 모듈 개발
- THz 이미지 센서 드라이버 ASIC 회로 개발
- THz Line Scan 이미지 센서 웨이퍼 제작 및 모듈 성능 검증
- THz 이미지 센서 드라이버 회로를 포함하는 20*20 pixels THz Area 이미지 센서 모듈 개발
- THz Area 이미지 센서 웨이퍼 제작 및 모듈 성능 검증

o THz 영상 센서 모듈 COB 패키지 개발
- 웨이퍼 모듈 커팅
- 2*20 pixels 모듈 COB 패키지 개발
- 2*20 pixels COB 모듈 이미지 표출인터페이스 회로개발
- 2*20 pixels COB 모듈 이미지 표출 GUI 개발

o THz 영상 센서 모듈 Array 기반 보안용 검색 장비 시제품 개발
- 2*20*10 pixels (= 10 modules), 200*200 pixels (by 200 fps) 대면적 이미징 시스템 개발
- 2*20*10 pixels x2 set 병렬 운전 400*400 pixels 대면적 이미지 센서 모듈 개발
- 400*400 pixels (400*400 mm²) 실시간/대면적 이미징이 가능한 보안 검색용 THz Line Scan 이미징 시스템 시제품 개발

o Si 기반 THz 검출 소자 기술선점
- 현재 반도체 산업의 핵심기술인 Si 기술기반의 THz 검출 소자 기술선점

o Low Cost THz Solution 라이센스 확보 및 제품 사용화 기반 제공
- 저비용 고집적이 가능한 실리콘 (Si) 기반 트랜지스터-안테나 융합소자로 상온에서 실시간/대면적 이미징을 세계 최초로 구현한 기술활용 (기술 라이센스 확보)
- 상용화된 화합물 기반 시스템 가격대비 25%(< 5백만 원) 비용으로 제작 가능

o 주요 성능치
- 2*20 pixels 및 20*20 pixels 다중 배열 Detector 장치 제작
- 2*20 픽셀 배열 드라이버 회로 포함 THz Line Scan 이미지 센서 모듈 설계 및 제작
- 20*20 픽셀 배열 드라이버 회로 포함 THz Area 이미지 센서 모듈 설계 및 제작
- 다중 배열 Detector 대응 Large Area THz Source 환경 제작
- 물질별 THz 영상 DB 수집 (표준 시료에 대하여)
- 확장형 Large Area THz Source 및 신호 중첩성 제거
- 검출 확인용 표준 시료 제작
- 다중 배열 THz 영상 시스템 구축 및 검증
- 실시간 이미지 처리를 위한 GUI 제작

o Large Area THz광학계 및 Power Control & 광학실험장치 제작
- Source의 출력 감도 조절의 범위 ±10% 조절 장치 개발
- 다중 Array Detector 영상 획득 시 신호 중첩 제거, 기계적인 조절 범위 1mm 이내, 또는 S/W Equalizer.
- Power Control 범위 ±10%.

o 광폭 배열형 2*20 모듈 기반 2*200 array Detector 제작
- 검출감도 평준화
- 소자 각각에 대한 bias 전압 제어
- software offset 조정
- case 포함 완성품 개발
- 영상 검출 시연

◎ 전체 내용
[1차년도 개발내용]

o 기 개발된 실리콘 기반의 THz 수신 센서 + 영상을 취득 회로를 실리콘에 포함하여 설계
o 기존 센서를 활용한 GUI 설계 및 공정 준비, 장비 모듈별 설계, 데이터 인터페이스 정의, THz Source 탐색
o CMOS 파운드리 공정 진행
o 기존 센서를 활용한 GUI 설계 및 공정 준비, 장비 모듈별 설계, 데이터 인터페이스 정의, THz Source 탐색
- 파운드리 웨이퍼 공정 투입 협의 및 준비
- 2*20 pixels 모듈 COB 패키지 개발을 위한 준비
- 2*20 pixels COB 모듈 이미지 표출 인터페이스 회로 검토 및 설계
- 2*20*10 pixels 200*200 pixels 대면적 이미지 센서 모듈 개발을 위한 회로 인터페이스 정의 및 설계
- 2*20*10 pixels 200*200 pixels 대면적 이미지 표출을 위한 PC 인터페이스 정의 및 설계
- 기존 모듈 기반 THz 이미지 표출 GUI 설계 및 개발
- 실시간/대면적 이미징이 가능한 보안 검색용 THz Line Scan 이미징 시스템 시제품 컨셉 설계
- THz Source 탐색
- 기존 선행 연구를 발전하여 트랜지스터-안테나 융합소자 기반 THz Line 검출기 제작을 위해 신호 증폭 및 다중화 회로 설계 수행

o 전산시뮬레이션을 통한 THz 검출 모듈 설계

o 파운드리 공정제작을 위한 레이아웃 설계

o THz 검출 모듈 내 유닛별로 공정 검증

[2차년도 개발내용]

o COB Line Scan 모듈 제작 센서 성능 검증
o 영상을 취득 회로를 실리콘에 포함한 Area THz 수신 센서 설계
o 보안 검색 장비 설계
o 영상을 취득 회로를 실리콘에 포함한 Area THz 수신 센서 설계
o 1차년도에 설계한 2*20 THz 검출 모듈의 파운드리 공정 및 시제품을 제작하며, 다중 배열에 따른 중형 THz Source에 대한 영향과 2*20 검출 모듈의 배열에 따른 잡음 영향 및 저감 기술 확보를 통해 상용제품 수준의 성능 평가 수행

o 실리콘 공정 진행 및 COB Line Scan 모듈 제작 센서 성능 검증
- THz 반도체 센서 다이싱
- 2*20 pixels 모듈 COB 패키지 개발
- 2*20 pixels COB모듈 이미지 수집/전송 인터페이스 회로개발
- 2*20 pixels COB 모듈 이미지 표출 GUI 개발

o THz 영상 센서 모듈 Array 기반 보안용 검색 장비 시제품 설계
- 2*20*10 pixels 200*200 pixels 대면적 이미지 센서 모듈 인터페이스 개발
- 200*200 pixels/sec THz Line Scan 이미징 시스템 모듈제작
- 보안 검색 장비 시제품 이미지 취득 소프트웨어 및 운용 소프트웨어 개발
- 실시간/대면적 이미징이 가능한 보안 검색용 THz Line Scan 이미징 시스템 시제품 설계

o 파운드리 공정 제작

o THz 검출 모듈 내 유닛별로 공정 검증
o 공정 완료된 THz 검출 모듈 검증

[3차년도 개발내용]

o 보안 장비 제작 및 성능 검증
o Area THz 센서 실리콘 공정 진행 및 센서 성능 검증
o 2차년도 연구를 기반으로, 실시간 급의 대면적 THz 수신기 개발을 위한 드라이버 회로 포함 Area 검출 모듈 개발 수행

o THz 영상 센서 모듈 Array 기반 보안용 검색 장비 시제품 개발
- 2*20*10 pixels x2 set 직렬 운전 400*400 pixels 대면적 이미지 센서 모듈 개발
- 400*400 mm² 실시간/대면적 이미징이 가능한 보안 검색용 THz Line Scan 이미징 시스템 시제품 개발

o Area 형 센서 설계
o 공정 완료 Area 형 검출 모듈 검증

□ 연구개발성과
o 기술적 측면
- THz 대역은 “THz gap”으로 명명될 정도로 현재까지 전자공학 및 광학 양대 기술적 관점에서 장벽이 있는 미지의 영역임
- 지금까지의 전자공학 관점의 전자소자 연구에서는 트랜짓 동작 방식에서의 초고속/초고주파 소자개발에 중점을 두고 연구해 왔기 때문에, 더 높은 주파수 대역으로 “quantum jump” 할 수 있는 플라즈마 동작 방식에서의 소자 특성을 분석하고 개발한다면, THz 영역에서의 기술적 장벽을 극복하여 새로운 기술로 파급이 기대
- 반도체 소자의 특성 개선을 통한 THz 검출기의 성능 향상은 이미징이 상대적으로 쉬운 금속 물질에 국한되지 않고 다양한 물질에 투과 가능한 THz라 검출 기술의 장점을 극대화함으로써, 식품안전 및 환경 검색 관련 검출기의 기반기술로서의 파급효과가 기대
- 특히, THz 이미지 센서 기술의 경우, 상용화를 실현할 수 있는 수준의 검출기 성능을 이전 연구과제를 통해 달성하였기 때문에, 보안과 바이오센서 등 분야에 따라 맞춤 시스템을 구현한다면 저전력 센서 인터페이스와 인공지능 등에서 분야를 아우르는 핵심기술로써 큰 파급효과를 기대

o 경제적, 산업적 측면
- THz 파는 X선과 같은 이온화 복사선이 아니므로 생체조직을 파손하지 않고 투과할 수 있어,생체의료영상에 이용될 수 있으며, 그 외에도 제약 및 석유화학산업, 화학반응의 신속한 분석, 공해감시, 품질관리, 산업물질의 결함검출, 식품가공산업, 반도체와 박막의 비접촉 특성평가, 공항에서 폭약과 무기검색, 천문학 등에 광범위하게 응용 가능하다.
- 본 연구개발성과를 통해, 최초 시스템 구현을 위한 비용 소요 이후에는 기존에 THz 이미징 장치로 상용화된 화합물 소자 기반 THz 검출 장치 가격대비 25%(약 5백 만원) 수준의 비용으로 제작 가능하므로 다양한 물질에 투과 가능하면서도 고해상도의 THz 파 검출 기술의 장점을 이용한 반도체 검사장비 및 지문 인식 센서 등의 기반기술로서 기술이전 및 상용화가 기대된다.
- 본 연구의 전자소자-전자기파 융합기술 기반 실시간 대면적 THz 검출기 기술 개발은 현재 디지털 메모리 시장에 치우쳐 있는 우리나라의 반도체 산업구조를 RF/아날로그 시스템 반도체 분야로 확장할 수 있는 기반 기술로서, 반도체 기반 산업기술의 다변화라는 산업/경제적 파급효과를 가져와 기존 반도체 관련 산업인구에 필적할 약 10만명 이상의 고용창출이 기대된다.

o 사회적 측면
- FET 특성 개선을 통한 THz 검출기의 성능향상은 이미징이 상대적으로 쉬운 금속물질에 국한되지 않고 다양한 물질에 투과 가능한 THz파 검출 기술의 장점을 극대화함으로써 식품 안전 및 환경 검색관련 검출기의 기반기술로서의 파급효과가 기대된다.
- 국가산업인 Si 반도체 기반 기술을 활용한 THz 검출기 제작을 통해 신성장 동력 창출

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
[연구개발성과의 활용방안 및 기대효과]
(1) 정성적 목표
o 자사 제어기의 고도화
- 자사가 보유하고 있는 제어기에 FPGA기술을 접목하여 제어 속도를 향상시켜 새로운 시장 개척

o Source의 개발 및 Chip 성능개선
- 현재 외부 구매에 의존하고 있는 Source에 대하여 자체 개발을 진행할 예정이며 Chip 성능 개선을 통한 제품 성능개선을 추가 진행

(2) 정량적 목표

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 11
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 12
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 18
• 2-1. 연구개발과제의 연구 내용 ... 18
• 2-2. 1차년도 개발 내용 및 범위 ... 19
• 2-3. 2차년도 개발 내용 및 범위 ... 29
• 2-4. 3차년도 개발 내용 및 범위 ... 38
• 2-5. 연구개발기간 추진 실적 및 추진 내용 ... 47
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 190
• 3-1. 정성적 연구개발성과 ... 193
• 3-2. 정량적 연구개발성과 ... 197
• 3-3. 세부 정량적 연구개발성과 ... 197
• 3-4. 계획하지 않은 성과 및 관련 분야 기여사항 ... 219
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 227
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 228
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 229
• 1) 향후 5년간 성과활용·확산 활용방안 및 계획(활동계획) ... 230
• 2) 주요 성과활용 (기대)성과목표 ... 231
• 7. 연구개발성과에 대한 후속연구 및 추가 개발 계획 ... 232
• 8. 연구개발비 사용실적 ... 233
• 1. 연구개발비 사용명세서 ... 233
• 2. 발생이자 사용명세서 ... 233
• 3. 반납액 명세서 ... 233
• 끝페이지 ... 234