국내 연구팀이 기존 반도체 기반 센서에서 정밀한 온도·압력 측정이 어려웠던 근본적 문제를 해결하는 데 성공했다.

포스텍은 정성준 신소재공학과·IT융합공학과 교수와 조영민 IT융합공학과 연구원팀이 고현협 울산과학기술원(UNIST) 교수팀과의 공동 연구를 통해 압력과 온도를 동시에 정밀하게 감지하는 3차원 반도체 소자 기반 센서를 개발했다고 밝혔다. 연구결과는 지난달 17일(현지시간) 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 공개됐다.

로봇 등에 활용되는 전자피부가 사람 피부처럼 정교하게 주변 환경을 감지하려면 온도와 압력을 독립적으로 측정할 수 있어야 한다. 기존 반도체 기반 센서는 온도 변화에 따라 압력 측정값이 달라지는 근본적인 문제가 있어 실온이 아닌 환경에서 압력과 온도를 정확히 구별해 측정하기 어려웠다. 

포스텍과 UNIST 연구팀은 2개의 반도체 소자를 쌓은 3차원 구조를 구현해 기존 센서의 문제를 해결했다. 먼저 아래층에 있는 소자는 온도 변화에 따라 전기적 특성이 달라지는 원리를 활용해 온도를 감지한다. 위층에 있는 소자는 압력에 따라 저항이 달라지는 압력 감지 시트를 결합해 압력을 측정하도록 설계했다.

연구팀이 개발한 복합 구조체는 온도와 압력을 동시에 감지하고 온도 데이터를 이용해 압력 측정값에서 온도의 영향을 보정했다. 주변 온도와 관계없이 압력을 정확히 측정하도록 한 것이다.

연구팀은 연구결과를 활용해 대면적 3차원 센서를 구현하고 압력과 온도를 동시에 감지하는 데 성공했다. 다양한 온도에서도 센서에 가해진 압력을 정확하게 측정할 수 있었다.

연구결과는 특히 로봇 분야에 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다. 연구팀은 개발한 3차원 센서를 로봇팔에 부착하고 물체의 온도와 압력을 측정해 로봇이 적절한 힘으로 물건을 안정적으로 들어 올릴 수 있다는 사실을 확인했다.

정 교수는 "3차원 반도체 기반 센서 연구를 통해 여러 지점에서의 온도와 압력을 동시에 측정할 수 있는 기술을 증명했다"며 "온도와 압력 감지 기능을 갖춘 인공 피부 또는 다양한 온도의 환경에서 정밀한 작업을 수행하는 로봇팔 등의 개발이 가능해질 것"이라고 전했다.