세계 최초 SPAD 기술을 적용한 엑스레이 디텍터

-감도 2.5배 높고 속도 4배 빠른 차세대 디텍터 기술 SPAD-GS
-자율주행차·스마트폰용 라이다(LiDAR) 기술 응용해 SPAD로 세계 최초 엑스레이 디텍터에 도입
-미국 ISSCC 2023에서 연세대와 함께 논문 발표해 전 세계 학계 이목 집중

 

디지털 엑스레이 부품 및 소재 전문기업 레이언스(대표 서재정)가 세계 최고 반도체 학회인 ‘International Solid-State Circuits Conference(ISSCC) 2023’에서 ‘SPAD-GS’ 기술을 3D 디텍터에 성공적으로 적용한 논문을 발표했다. 기술 적용 시 기존 동급 디텍터 대비 감도는 2.5배, 속도는 최소 4배 이상 빠른 3D 디텍터를 개발할 수 있다. 연구 성과는 범부처전주기의료기기 지원사업의 일환으로 연세대 채영철 교수와 협력해 2021년부터 공동 연구를 진행한 결과이다. 차세대 이미지센서 시장을 주도할 ‘SPAD’ 디지털 픽셀 기술을 적용한 디텍터 연구 결과를 세계 최초로 선보이며 ISSCC에서 큰 주목을 받았다.

SPAD-GS(Global Shutter, 스파드 글로벌 셔터) 기술은 저선량/고속 구동 환경하에서도 최적의 영상 품질을 제공하는 차세대 3D 디텍터 기술이다. SPAD 소자는 광자(Photon, 입자로서의 빛)를 증폭해 아주 미세한 수준의 광자가 들어와도 아주 많은 광자가 들어온 것처럼 인식하게 한다. 이 특징으로 인해 SPAD 디지털 픽셀을 디텍터 적용하면, 극단적인 저선량 환경에서도 엑스레이 영상 획득이 가능하며 검출속도 역시 획기적으로 빨라진다. SPAD 소자는 자율주행차, 스마트폰, 드론, 로봇 등의 3D 이미지센서(LiDAR, 라이다)에 활용되고 있는 차세대 반도체 기술로 꼽힌다. 엑스레이 영상을 촬영하는 디텍터에 SPAD 디지털 픽셀을 성공적으로 도입한 것은 레이언스가 세계 최초다.

여기에 더해 GS(Global Shutter 글로벌 셔터) 기술을 적용했다. 이는 피사체가 빠르게 움직일 때 잔상을 없애 고품질 영상을 획득하는 기술이다. 레이언스는 GS 기술과 SPAD의 빠른 응답속도를 결합해 피사체의 움직임으로 인해 발생하는 영상품질의 저하를 최소화했다. 이 외에도 레이언스는 SPAD-GS 기술 적용에 주요 장벽이 되었던 낮은 강건성(엑스레이를 견디는 내성), 높은 전력소모, 영상왜곡 등의 난제들을 모두 해결하며 높은 기술력을 입증했다.

레이언스의 차세대 3D 디텍터 기술은 엑스레이 검사 결과를 초고속 3D 영상으로 활용해야 하는 분야에서 각광받을 것으로 예측된다. 정형외과 수술 시 동영상 엑스레이 촬영을 위해 사용하는 의료기기인 ‘C-ARM’, 빠른 영상 검사가 생산원가와 결부되는 배터리/전자부품 검사, 항공/원전 부품 검사 시장 등이 대상이며, 그간 해외 디텍터 기업이 대부분 점유해 온 시장이다. 레이언스는 공동 연구개발기관인 연세대학교, 리스템과 함께 차세대 디텍터 및 의료기기 시스템 제품 양산을 준비한다.

레이언스는 2020년도에 개최된 ISSCC에서도 대면적 고화질 CMOS 엑스레이 디텍터 기술에 대한 논문을 연세대학교와 공동 발표하며 호응을 얻은 바 있다. 2020년도에 발표한 기술을 상용화해 세계 최초로 21x21cm one-die CMOS 엑스레이 디텍터 ‘MIDAS2121(마이다스)’을 출시했다. MIDAS2121는 전기자동차용 2차전지 엑스레이 검사 시 빠르게 동영상으로 검사할 수 있는 강점을 인정받아, 2022년 차세대 세계일류상품으로 선정된 바 있다. 레이언스는 ISSCC 2023에서 발표한 신기술도 빠르게 양산에 착수한다. 임상, 인증 등의 단계를 거쳐 수년 내 양산해 고사양 디텍터 시장을 기술 초격자로 앞서간다는 계획이다.

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