최근 현대자동차가 자율주행자동차(self-driving car) 개발 전략을 표류하고 있다. 개발을 책임지고 있던 포티투닷(42dot) 송창현 사장이 사임하며 라이다(LiDAR) 방식 자율주행 시스템을 카메라 기반으로 전환하려다 성공하지 못한 것으로 추정된다.

테슬라는 소프트웨어 중심 자동차(Software Defined Vehicle)를 개발해 어느 정도 안정화 단계에 진입했다는 평가를 받았다. 하지만 출발이 늦었던 현대자동차는 기술 선택에서 혼선이 발생해 더욱 어려운 처지로 내몰렸다고 보여진다.

라이다(LiDAR)는 레이저 펄스를 발사해 반사 시간을 측정, 물체의 위치와 형태를 정밀하게 파악하는 센서 기술로 자율자행자동차의 눈과 같은 역할을 담당한다. 

◇ 한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단의 임무 소개

한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단은 2010년 설립됐다. 국방 연구개발 제도개선, 국방 연구개발 과제화/연구지원, 군에 과학기술 지원 등의 임무를 수행하고 있다.

더불어 안보⸱재난안전기술단 소속 미래국방국가기술전략센터는 2022년 만들어졌다. '국방과학기술 혁신을 위한 국가 연구개발 투자전략 싱크탱크'로 비전을 설정했다.

주요 임무는 △과학기술정보통신부의 국방 연구개발(R&D) 투자정책 수립 지원 △국방적용 가능 민간R&D 역량 발굴-과제기획 △국방R&D 민관군 협력기반 마련 등이다.

이번에 소개할 기술은 차세대반도체연구소 광전소재연구센터 이명재 책임연구원(mj.lee@kist.re.kr)이 수행한 '차세대 반도체 라이다를 위한 초고감도 센서 소자'다.

◇ 연구 배경 및 필요성... 매우 높은 전압, 큰 부피 및 부담스러운 무게 및 높은 가격으로 활용·보급 제한

SPAD(Single-Photon Avalanche Diode; 단광자 아발란치 다이오드)는 극도로 높은 gain 특성으로 single photon(단광자)까지 검출할 정도로 민감도가 매우 우수한 소자로 차세대 반도체 라이다(Solid-State LiDAR)를 위한 핵심 기술이다. 

저비용/대량 생산에 있어 최적의 플랫폼인 최신 CMOS 공정에서 고성능의 차세대 SPAD 소자를 개발/검증하기 위해 연구를 진행햇다.

표준 CMOS 공정 기반의 SPAD는 컴팩트할 뿐만 아니라 회로와의 집적화 및 저비용· 대량생산에 있어 매우 유리하다는 장점이 있다.

반면에 주변회로들 때문에 photon을 받는 영역이 제한되어 낮은 fill factor 및 낮은 근적외선 효율 특성을 가지는 단점이 있다. 따라서 이런 단점을 극복할 수 있는 연구 개발이 필수적인 실정이다.

◇ 연구내용 및 결과... 전 세계적으로 가장 우수한 수준의 성능을 보이는 SPAD 소자를 성공적으로 개발

40nm BSI CMOS Image Sensor (CIS) 공정, 55nm BCD (BiCMOS-CMOS-DMOS) 공정, 110nm BSI CIS 공정 등에서 전 세계적으로 가장 우수한 수준의 성능을 보이는 SPAD 소자를 성공적으로 개발했다.

▲ 40nm BSI CIS 공정 기반 SPAD 구조 및 성능 예시 [출처=한국과학기술연구원(KIST)]

▲ 55nm BCD 공정 기반 SPAD 구조 및 성능 예시 [출처=한국과학기술연구원(KIST)]
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