SWIR 이미징을 위한 비약적인 도약

현재까지 단파 적외선 부문은 인듐 갈륨 비소(InGaAs) 기반 센서가 지배해 왔습니다. 이 물질의 사진 감지 기능은 컨설턴트인 Yole Développement가 2021년에 4억 2,900만 달러로 평가한 방위 및 산업용 카메라 시장을 지원합니다.

그러나 Yole은 SWIR이 대중 시장 및 소비자 장치에 도입됨에 따라 이 분야가 2027년까지 40억 달러로 팽창할 것이라고 예측합니다. 그때쯤이면 이전의 첨단 기술은 자동차 운전이나 스마트폰 사용에 익숙한 부분이 될 수 있다. 센서와 광학 장치 및 하우징을 포함하면 후자의 응용 분야만 32억 달러의 가치가 있을 것으로 예상되며, 현재로서는 시작부터 그 높이에 도달할 것입니다.

이러한 극적인 확장은 기존 InGaAs 재료를 대체하는 새로운 형태의 센서를 기반으로 구축될 것입니다. 일례로 콜로이드 양자점(QD)을 흡수체로 사용하는 박막 광검출기, 특히 황화납(PbS) 기반 QD가 있습니다. 양자점은 원래 1,000나노미터 이상의 파장에서 경쟁력 있는 감도를 가질 수 있는 용액 처리 소재로 2000년대 중반에 개발되었습니다. 그러나 발견 이후 양자 효율성과 같은 중요한 실제 매개 변수가 크게 발전했습니다.

"양자점은 더 이상 단순한 호기심이 아닙니다"라고 QD 개발 센터 중 하나이자 SWIR 이미지 센서에 사용되는 벨기에 연구소 Imec의 Pawel Malinowski가 말했습니다. "SWIR 시장은 특정 기술 개발로 인해 열리기 시작했으며, 그 중 하나는 QD입니다. 이는 스택 설계 및 기타 매개변수를 통해 스펙트럼 응답을 조정할 수 있는 광대역 흡수체이며, 성능이 더욱 향상될 것으로 기대합니다. 기술이 성숙해진다."

성숙도는 QD가 시장에 사용되는 것과 개발자가 실제 애플리케이션에 들어갈 때 센서의 성능을 관찰하는 것에서 직접적으로 따르게 됩니다. 이러한 프로세스는 이제 시작되고 있습니다. Malinowski는 거기에서 세 가지 광범위한 사용 사례가 구체화되고 있다고 봅니다.

하나는 현재 확립된 기술을 사용하는 응용 분야에서 InGaAs 센서를 QD로 직접 교체하는 것입니다. 하지만 QD 개발자조차도 새로운 재료가 기존 SWIR 센서 성능에 만족하는 사용자에게 반드시 최선의 선택이 아닐 수 있다는 점을 인정합니다. 두 번째 시나리오는 더 나은 성능이 실제로 목표인 경우입니다. 예를 들어 QD 센서에서 더 작은 픽셀이 더 높은 해상도의 이미지로 이어질 수 있는 반도체 웨이퍼 검사의 경우입니다.

Malinowski는 "세 번째이자 가장 흥미로운 사용자 사례는 SWIR이 이전에 한 번도 사용된 적이 없지만 이제는 사용할 수 있게 된 경우입니다"라고 말합니다. "새로운 기술은 완전히 새로운 용도로 SWIR에 대한 투자를 매력적으로 만들 것이며, 이것이 곧 열릴 큰 시장입니다."

한편 Imec의 QD 개발자들은 QD 기반 센서의 제조 및 장기 신뢰성을 최적화하는 방법에 집중하고 있으며 적어도 현재로서는 기술에 내재된 문제인 납 사용을 해결하고 있습니다.

Malinowski는 “납의 부피 함량은 일반적으로 부피의 0.1% 미만으로 적으며, 사용자가 문제 없이 견딜 수 있는 최초의 QD 제품이 나타날 것이라고 생각합니다.”라고 말합니다. "그러나 일부 개발자와 일부 애플리케이션의 경우 어떠한 단서도 전혀 발생하지 않습니다. 따라서 궁극적으로 더 나은 성능을 가질 수 있는 대체 공식과 QD를 완전히 제조하는 방법에 대한 많은 연구가 이미 진행 중입니다. -친절하고 제조 가능합니다."

Malinowski는 SWIR이 특정 대량 사용을 위한 기술로 선택되고 개발자가 새로운 SWIR 센서 재료가 제공할 수 있는 맞춤화 가능성을 활용함에 따라 이러한 모든 장애물이 극복될 것으로 예상합니다.

"InGaAs와의 비교는 어렵습니다. 왜냐하면 InGaAs는 수십 년에 걸쳐 개발된 기존 기술이고 QD는 2021년에 첫 번째 상용 제품이 출시된 것을 봤기 때문입니다."라고 그는 말합니다. "그러나 이제는 QD를 작동시키고, 신뢰성을 연구하고, 성능을 극대화하는 것이 전부입니다. 양자점의 경우 모든 지침이 올바른 방향을 향하고 있습니다."