상용소자 대비 50배 이상 고효율·고출력 테라헤르츠파

테라헤르츠파는 가시광과는 달리 플라스틱과 같은 비분극성의 물질을 잘 투과하며,
마이크로파에 비해 파장이 매우 짧아, 해상도의 투과 영상이 가능하다.
이와 같은 특징은 비파괴 검사에 활용될 수 있는데, 대표적인 예로 2003년 콜롬비아 우주왕복선 사고 이후,
외부 연료탱크의 방열재의 내부 검사에 테라헤르츠파를 통한 비파괴 검사 기술이 사용되고 있음을 들 수 있다.
이런 분야 외에도 각종 분자들의 진동, 회전 등의 주파수가 테라헤르츠 대역에 위치하는데,
특히 폭탄, 독극물 등의 검출에 활용 가능성이 점쳐지고 있다.
또한 암세포와 정상 조직의 구분에 있어서 그 유용성이 여러 차례 보고된 바 있다.
응용 기술의 상업화를 위해서 고출력의 발생소자는 필수적이다.
기존의 테라헤르츠파 발생소자는 낮은 효율로 인해 출력이 매우 낮아, 응용 기술의 개발에 많은 어려움이 있어 왔다.
이번에 새로 개발된 테라헤르츠파 발생소자는 나노 전극을 통해 그 출력을 향상,
앞서 서술한 바와 같은 많은 응용 기술의 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

연구진은 금속 나노 구조를 양극과 음극으로 활용해서 전극 내 전자-전자기파 작용으로 광흡수가 증대되는
플라즈몬 효과(전극 내의 전자와 전자기파의 공진으로 인한 국소적인 광 흡수 증대 효과)와
국소적 전계 향상 효과(나노 전극의 첨단부에서 전기장의 세기가 급격히 증가하는 효과)를 이용해
테라헤르츠파 발생소자의 효율 및 출력을 최대 50배 이상 높였다.
이와 관련된 연구 성과는 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 지난달 초 게재되었다.

생체 조직, 플라스틱 내부구조 정밀 검사 가능·유용

특히 이 연구에서는 전계 향상과 플라즈몬 효과가 극대화 되는 동작 조건에 대해
체계적으로 접근하여 출력을 최대화 할 수 있는 설계를 도출했다는 점과
단순 배열형 나노 구조를 채택, 양산 재현성을 확보한 것이 중요하다.
개발된 소자는 향후 각종 검사 및 검출을 위한 테라헤르츠 응용시스템에 활용될 전망이다.

테라헤르츠 기술, 미래 사회 ‘보안, 통신, 의료’의 핵심 분야

ETRI 박경현 THz포토닉스창의연구센터장은 “나노 구조에서 일어나는 물질적 현상에 성능을 향상시킨 점과
대면적 나노 전극 광전도 안테나 기술을 이차원 구조로 확장함으로써
각각의 단위 소자의 특성을 인위적으로 조절해 새로운 응용의 가능성을 연 것이다.”고 말했다.
THz포토닉스창의연구센터는 소재부터 시스템의 전 영역에 걸친 연구를 통해
SCI 논문 21편 및 국내·외 특허를 50여건을 출원했고, 요소기술들에 대한 기술이전을 진행 중이다.
이 연구그룹은 다수의 국제학술지 투고는 물론 포토닉스 웨스트(Photonics west) 등을 비롯한 테라헤르츠 관련 유명학회에서
초청 및 기조연설을 하는 등 국내·외 테라헤르츠 기술을 선도하고 있다.