캐나다 맥마스터 대학(McMaster University)의 연구진은 현재의 적외선(IR) 카메라의 단점을 해결할 수 있는 새로운 유형의 멀티-스펙트럼 카메라를 개발했다. 이 장치는 기존의 실리콘 센서와 직접 집적될 수 있고, III-V 나노와이어 어레이로 만들어진다.
저렴한 실리콘 전자 회로 위에 직접 성장된 적외선 검출기는 매우 필요하지만, 아직 존재하지 않는다. 이번 연구진은 InAsSb 나노와이어가 새로운 유형의 멀티-스펙트럼 카메라를 만드는데 사용될 수 있다는 것을 증명했다.
IR 카메라의 경우에, 적외선 창은 1–2.5 μm, 3–5 μm, 8–12 μm 사이를 가진다. 현재 사용할 수 있는 IR 기술은 두 가지이다. 첫 번째는 수은-카드뮴-텔루라이드(mercury-cadmium-telluride, MCT)를 사용하는 것이고 두 번째는 III-V 족 원소(InGaAs, InSb)를 사용하는 것이다.
현재, 대부분은 MCT를 사용하고 있다. 그러나 MCT 검출기는 독성이 있는 수은을 함유하고 있기 때문에 환경 문제를 유발할 수 있다. InP 기판 위에 성장된 InGaAs 또는 InSb를 기반으로 하는 SWIR 검출기는 우수한 특성을 가지고 있지만, 고가이고 적용 분야가 제한적이다. 또한 이미지 판독 및 처리에 필요한 실리콘과 쉽게 통합될 수 없다는 문제가 존재했는데, 이번 연구진은 이런 문제를 해결했다.
나노와이어는 수 마이크론의 길이로 빛을 흡수하고 집속할 수 있는 매우 효율적인 도파관이다. 이것은 나노와이어 어레이 효과 때문에 동일한 두께의 박막보다 훨씬 더 많은 빛을 흡수할 수 있어서 기존의 기술보다 상대적으로 적은 재료로 더 효율적인 광 검출을 가능하게 한다. 또한 나노와이어 직경을 조절할 경우에 가시광선 파장과 IR 파장을 조정할 수 있는 파장 선택도를 가진다.
이번 연구에서는 나노와이어 표면 근처에서 발생하는 탄성 이완으로 인해서 Si 기판 위에 나노와이어를 성장시킬 때 격자 불일치를 완화시킬 수 있었다. 그래서 높은 격자 부정합을 가진 InAsSb 나노와이어를 Si 센서 위에 직접 성장시킬 수 있었다.
이 연구결과는 천문학, 자동차 안전, 감시, 검색 및 검사, 군사 분야에 유용하게 적용될 수 있는 저렴한 대면적 검출기 및 카메라를 개발할 수 있게 할 것이다. 이 연구는 저널 Nano Futures에 “Multispectral absorptance from large-diameter InAsSb nanowire arrays in a single epitaxial growth on silicon” 라는 제목으로 게재되었다.
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