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NEW 徐亨卓教授组研发出可感知身体损伤的近红外线光传感器元件
- 2020-11-03
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2020-09-03
我校共同研究组研发出了能感知身体内肌肉组织损伤的近红外线图像传感器。因此，有望用于需要高灵敏度、高效传感器的医疗诊断用图像装置。
徐亨卓教授（新材料工学系、研究生院能源系统学系、照片）研究组利用交流光电效果，研发出了检测率高、应答时间快的近红外线图像传感元件。相关内容以《宽带交流光电效果:高性能感知和身体疼痛形象的活用（Broadband alternating current photovoltaic effect:An application for high-performance sensing and imaging body aches）》论文，在纳米领域国际学术刊物《纳米能源（Nano Energy）》网络版上发表。我校朴智勇教授（物理学系、研究生院能源系统学系）、金相完教授（电子工学系）和库玛莫希特（Mohit Kumar）研究员（第一作者）共同参与了本次研究。
以光转换成电信号的光电效果为基础的光传感器，通过太阳能电池技术被广泛使用。光传感器是新再生能源的应用和智能手机、物联网（IoT）、光通信等必不可少的零件。特别是在医疗领域，与其他诊断方式相比，可以简便地进行诊断及随时监控，因此正在积极开发利用光传感器的技术。在医疗领域中，产业界和学术界尤其关注以光传感为基础，能够以象征方式诊断身体内部肌组织损伤的技术开发。 最具代表性的是，光传感技术正在高度烧伤诊断中得到广泛应用。
因此，在医疗用光诊断领域中，对近红外线利用的关心很高。如果利用近红外线，则可实现低光损伤和深度组织渗透，预计可用于人体内部组织的形象。为此，必须开发能感知细微的近红外线信号变化的高性能光传感器。为了实际应用到能够携带传感器的医疗诊断机器上，还需要高能效。
迄今为止，在近红外线利用光传感器中，一直采用化合物半导体元件。但是，以镓砷 为代表的化合物半导体元件价格非常昂贵，在近红外线领域检测灵敏度较低，而且性能低下。特别是，未能体现出能够用于医疗诊断的程度，能够感知人体内部组织损伤并使其形象化的高灵敏度。
对此，亚洲大学研究组为了开发可以利用近红外线的光传感器元件，确保了高品质二氧化钛氧化物（TiO2）纳米薄膜堆积在硅（Si）基板上并控制其表面特性的技术。与此同时，利用银纳米线开发出了将光学应答性极大化的光检测元件结构。
通过这一技术，成功实现了比现有技术高出很多的开关率（1E4）、高检测率（1E11 Jones）、快速应答时间（~120μs）的高性能光检测元件。与之前常用的近红外线检测元件相比，该元件在所有方面都具有更优秀的性能。
研究组在光传感器上利用交流光电流，利用快速关闭和反复开着的入射光，光元件自产电力，不需要外部电源。研究组开发的光传感器产生比太阳电池中使用的直流光电流高约3万9000倍的光电流，可以实现适合医疗用的高感度光传感。
研究小组利用导电性及静电原子显微镜，查明了这次发现的光传感器的运作原理。通过进入交流光，半导体内部生成的光电荷根据位置不均衡地生成，由此产生的"准费米等级分割及重整列"的物理现象，证明了快速应答性和高检测率的特性。
徐亨卓教授表示:"利用此次开发的元件，通过扫描方式成功实现了手指肌组织的内部变化。" "如果利用这个元件，可以超高速感知身体疼痛，并对疼痛部位进行图像处理。"
徐教授接着补充说"期待该方法不仅适用于肌肉，还适用于各种身体内部组织的变化诊断，特别是针对小儿进行的诊断中，该方法的应用性很高"。
此次研究由科学技术信息通讯部、韩国研究财团主管，未来新元器技术源泉技术开发事业及中坚、基本基础研究支援事业支援完成，专利申请正在进行中。
（注：本文出现的所有人名均系音译）