한국연구재단(이사장 조무제)은 장재원 부경대 교수 연구팀이 기존 실리콘 기반 저온센서보다 영하 263~243도에서 효율을 극대화할 수 있는 저온센서 소자를 개발했다고 19일 밝혔다.

저온센서는 온도변화를 저항으로 측정하는 소자를 말한다. 일반적으로 온도에 따라 저항 변화율이 높은 실리콘을 재료로 사용한다.
 
연구팀이 개발한 저온센서는 기존 센서 소재인 실리콘에 금 나노입자를 입혔다. 온도센서는 온도가 변화할 때 저항값 변화가 클수록 온도 측정에 유리하다.

실리콘 기반 기존 온도센서는 영하 263도에서 온도 1도당 20% 미만의 저항 변화율을 보이는 한계가 있었다.

연구팀은 실리콘 표면을 갈바니 대체법으로 금 나노입자를 형성시켰다. 갈바니 대체법은 전기적 신호를 가하지 않고 시료를 특정 금속 이온 용액에 노출 시켰을 때 용액상 금속 이온이 환원돼 시료 표면에 금속이 형성되는 기법이다.

이후 금 나노입자 역할에 따라 실리콘의 전기적·열적 특성이 크게 변화할 수 있음을 확인했다. 기존 센서보다 영하 263~243도의 극저온 구간에서 온도 변화에 따른 저항 변화율은 100%, 저온 민감도는 5000% 이상 향상됐다.

장재원 교수는 "실리콘 물질의 전기적·열적 특성을 손쉬운 공정인 갈바니 대체법으로 메커니즘을 밝혀낸 것"이라며 "냉각소자와 열전소자 등 실리콘 기반 소자에 적용 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 국제적인 학술지 '에이씨에스 나노'(ACS Nano)에 지난달 27일자로 게재됐다.