바이오인

[Nano insight 2024 Spring Vol.41] 스마트팜 농축산물 품질 시각화를 위한 광대역 적외선 초분광 영상 분석 시스템 개발

◈ 목차

1. Issue & Issue 1: 농작물 건강 모니터링을 위한 나노기술 기반 스마트 웨어러블 센서

2. Issue & Issue 2: 농업부산물로부터 생산하는 친환경 나노소재의 현재와 미래

3. Interview: 식품-나노 융합의 오늘과 내일 - 홍석인, 조영진 한국식품연구원 책임/선임연구원

4. Opinion: 애그 테크의 현재와 미래

5. Nano Research: 스마트팜 농축산물 품질 시각화를 위한 광대역 적외선 초분광 영상 분석 시스템 개발

목질계 바이오매스 기반 단량체 및 가소제를 사용한 바이오플라스틱 개발

6. Essay: 더 많이, 더 맛있게 스마트팜의 변신

◈본문

논문 초록

단파장 적외선(Short-wavelength infrared, SWIR) 광검출기는 고해상도 이미징이 가능한 향상된 투과 능력, 감도 등의 장점으로 인해 주목받고 있다. 상업적으로, 람다 c = 1.7㎛를 초과하는 컷오프 파장(형상을 분리하기 위해 사용되는 기준파장)의 InxGal - xAs 이종접합(heterojunction) 검출기가 SWIR 이미징에 통합된다. 그러나 큰 암전류와 제한된 컷오프 파장 조정성으로 인해 널리 사용되지 못하는 상황이다.

여기서 람다 c = 2.6㎛인 새로운 lnAs0.85P0.15 동종접합(homojunction) 검출기는 잘 설계된 lnAsP1-y 변성 버퍼를 사용한 격자 및 밴드갭 엔지니어링을 통해 달성된다. 격자 불일치가 f = 2.0%인 기존 ln0.83Ga0.17As/lnP 검출기에 비해 f = 2.7%인 lnAs0.85P0.15 검출기는 완전한 변형률 완화(Strain Relaxation)와 낮은 표면 거칠기를 나타낸다.

InAsP 검출기에서의 광전하 생성은 전자-정공 쌍 형성을 위한 더 작은 엔트로피에 의해 더 효율적으로 지원된다. 또한 검출기의 낮은 트랩 밀도와 더 긴 캐리어(반도체 내 전류 흐름의 발생) 수명은 암전류를 감소시켜 300k((약 섭씨 27도) 환경 및 더 넓은 전압 범위에서 더 높은 균일한 검출을 가능하게 한다. 이러한 우수한 광검출 기능을 갖춘 InAsP 검출기는 확장된 SWIR 이미징을 위한 대규모 초점면 어레이 구현에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구과제 기대효과 

 전량 해외 수입에 의존하고 있는 초분광 카메라 시스템의 국내 자체 개발 및 초분광 영상 측정 관련 핵심기술을 보유하고 있는 연구 기관으로의 기술 이전을 통해 핵심 원천기술을 확보하고 사업화 역량을 강화하고자 한다. 이를 통해 초분광 소재-부품-시스템의 국산화 및 수입 대체 효과에 기여할 수 있다.

해당 기술은 대내외적인 식품 수요변화 대응, 농산물 관리 등에 적용하여 농축산식품의 품질, 안정성을 확보하고 스마트팜을 구축 하는 데 활용할 수 있다. 농산물의 먹거리 안전 및 고품질 상품관리, 로봇을 이용한 시설원예 스마트팜 구축, 드론을 이용한 산림 환경 감시를 통해 국내 농축산 환경 선진화 및 고부가가치 산업으로의 전환을 실현하는데 기여한다. 또한 반도체 패키지 검사,  초분광 영상 내시경을 이용한 암진단 등 다양한 산업 현장에서도 활용 가능할 것으로 기대한다.

...................(계속)

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