삼성전자·KAIST, 입사각과 편광에 대응하는 메타표면으로 이미지 센서 반사율 저감 방안 제시

삼성전자와 KAIST 관련 연구에서 기존 단일층 반사 방지막의 한계를 보완하는 비주기·이방성 메타표면을 제안했다. 시뮬레이션에서는 400~700nm 대역에서 두 편광 모두 평균 반사율 약 1.40%를 기록했다.

공기와 실리콘이 맞닿는 계면에서 발생하는 광학적 반사는 CMOS 이미지 센서의 신호 손실과 이미지 아티팩트를 유발할 수 있다. 기존 단일층 반사 방지막은 CMOS 공정과의 호환성이 높고 구조가 단순하지만, 등방성이고 공간별 조정이 제한돼 센서 위치에 따라 달라지는 주광선 각도와 입사광의 편광 변화에 대응하기 어렵다는 설명이다.

연구진이 제안한 비주기·이방성 메타표면은 파장보다 작은 이산화티타늄(TiO₂) 나노디스크로 구성된다. 나노디스크의 기하학적 이방성을 위치에 따라 바꿔 각 영역의 입사 조건에 맞춘 광대역 임피던스 정합을 구현하고, 입사각과 편광에 따른 반사 특성을 함께 조정하는 방식이다.

제안 구조는 단위 셀 수준에서 최적화한 뒤, 가우시안 빔을 조사하는 20×20μm² 실리콘 기판 전체 영역 시뮬레이션으로 검증됐다. 400~700nm에서 두 편광에 대한 평균 반사율은 약 1.40%로 계산됐으며, 연구진은 이를 기존 단일층 및 이중층 반사 방지막보다 우수한 결과로 제시했다.

이 접근법은 센서 표면에서 입사 조건이 달라지는 CMOS 이미지 센서뿐 아니라, 공간적으로 변화하는 조명을 받는 라이다 수신기에도 적용할 수 있는 방안으로 제안됐다. 다만 현재 확인되는 성능 수치는 실제 센서 제작·측정값이 아니라 단위 셀 최적화와 전체 영역 시뮬레이션에 기반한 결과다.

핵심 내용

• 이산화티타늄 나노디스크의 위치별 이방성을 활용한 비주기·이방성 메타표면 제안
• 입사각과 편광 변화에 맞춰 국소적인 광대역 임피던스 정합 구현
• 400~700nm에서 두 편광 기준 평균 반사율 약 1.40%를 시뮬레이션으로 확인
• 20×20μm² 실리콘 기판 전체 영역과 가우시안 빔 조건에서 검증
• CMOS 이미지 센서와 라이다 수신기의 반사 저감 응용 가능성 제시

확인할 점

• 제시된 반사율과 기존 반사 방지막 대비 성능은 시뮬레이션 결과다.
• 실제 이미지 센서에 적용했을 때의 제조 공정 호환성이나 화질 개선 효과는 별도로 확인할 필요가 있다.

확인한 자료

• Image Sensors World · 업계 전문 블로그 · 원문 보기

이 글은 원문을 그대로 번역한 것이 아니라, 업계 전문 블로그의 게시글을 바탕으로 sensta.me 독자를 위해 핵심 내용을 한국어로 요약·편집했습니다.