고려대·홍콩대 공동 연구… 고온 공정 없이 머리카락 굵기 1/10 크기 센서 제작 성공
자율주행차의 라이다(LiDAR), 스마트폰의 3D 안면 인식, 헬스케어 웨어러블 기기까지 — 사람의 시각을 대신하는 ‘전자눈(Infrared Sensor)’ 기술이 한 단계 도약했다. KAIST(총장 이광형) 기계공학과 김지태 교수 연구팀이 고려대학교 오승주 교수, 홍콩대학교 티안슈 자오(Tianshuo Zhao) 교수와 함께 상온에서 초소형 적외선 센서를 자유로운 형태와 크기로 3D 프린팅 제작할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다. 이번 성과는 복잡한 반도체 공정을 거치지 않고도 머리카락 굵기의 1/10 수준(10마이크로미터 이하)의 센서를 제작할 수 있다는 점에서, 차세대 전자제품의 소형화·경량화에 새로운 가능성을 열었다.
적외선 센서는 눈에 보이지 않는 적외선 신호를 전기 신호로 변환하는 핵심 부품으로, 로봇비전·자율주행·스마트 디바이스 등 다양한 미래산업에 필수적이다. 기존 반도체 공정은 고온에서만 제작이 가능해 소재 선택이 제한되고, 에너지 소모가 많다는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 금속·반도체·절연체를 각각 나노결정 형태의 액상 잉크로 만들어 단일 프린팅 플랫폼에서 층층이 쌓는 초정밀 3차원(3D) 프린팅 공정을 개발했다. 특히 ‘리간드 교환(Ligand Exchange)’ 기법을 적용해 나노입자 표면의 절연성 분자를 전도성 분자로 바꾸어, 열처리 없이도 우수한 전기적 성능을 확보했다. 이 과정을 통해 상온에서도 고품질 센서 제작이 가능해졌다.
연구팀이 개발한 기술은 단순히 센서를 축소하는 데 그치지 않는다. 센서의 형태(Form Factor) 자체를 원하는 크기와 구조로 설계·제작할 수 있어, AI 로봇이나 웨어러블 기기처럼 공간 제약이 큰 시스템에도 맞춤형 탑재가 가능하다. 김지태 교수는 “이번 기술은 적외선 센서의 소형화·경량화를 넘어 완전히 새로운 형태의 전자제품 설계를 가능하게 하는 전환점이 될 것”이라며 “고온 공정을 제거함으로써 에너지 소비를 줄이고 생산 단가를 낮춘 친환경 제조의 길을 열었다”고 밝혔다.
이번 연구는 세 기관이 협력해 3년간 진행한 결과로, 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 2026년 10월 16일자 온라인판에 게재됐다. 논문명은 “Ligand-exchange-assisted printing of colloidal nanocrystals to enable all-printed sub-micron optoelectronics”이며, DOI는 https://doi.org/10.1038/s41467-025-64596-4이다. 연구는 과학기술정보통신부의 ▲우수신진연구 ▲국가전략기술 소재개발사업 ▲원천기술국제협력개발사업의 지원으로 수행됐다.
상온 3D 프린팅 기반 센서 제작은 생산비 절감과 제조 유연성 측면에서 반도체 산업의 패러다임을 바꿀 가능성이 있다. 고온 열처리 과정이 필요 없어 다양한 소재의 결합이 가능해지고, 맞춤형 소형 센서가 필요한 로봇·AI 비전 시스템·스마트폰·의료기기 분야 등에서 응용 폭이 크게 확대될 전망이다. KAIST 연구진은 이번 기술을 기반으로 차세대 광학 센서와 다기능 나노전자소자 개발에 나설 계획이다.
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