전북대 김정현 박사과정, 고성능 웨어러블 헬스케어 센서 개발
무기 반도체 다층 구조로 광학필터 없이 심박·산소포화도 측정
기존 웨어러블 소자보다 신호대잡음비 23배 향상…국제학술지 ‘eScience’ 게재
송효철 기자 /  입력 : 2026년 09월 06일
전북대학교 연구진이 무기 반도체를 여러 층으로 쌓아 심박수와 혈중 산소포화도를 실시간 측정할 수 있는 고성능 웨어러블 광센서를 개발했다.
전북대는 신소재공학부 전자재료공학전공 및 JBNU-KIST 산학연융합학과 김정현 박사과정생이 2차원·3차원 반도체 이종집적 기술을 활용한 웨어러블 광센서를 개발했다고 밝혔다.
기존 스마트워치 등에 사용되는 광센서는 주로 유기 소재를 활용해 얇고 유연하지만 습기와 열에 취약하고, 서로 다른 파장의 빛을 구분하기 위해 별도의 광학 필터가 필요한 한계가 있었다.
연구팀은 단층 두께의 2차원 반도체인 WS2와 MoS2를 실리콘 위에 쌓는 이종집적 방식으로 이 같은 문제를 해결했다. 적색광은 위쪽 2차원 반도체에서, 근적외선은 아래쪽 실리콘에서 각각 감지하도록 해 별도의 광학 필터 없이 파장을 구분할 수 있도록 했다.
반도체 접합 과정에서 발생하는 미세한 원자 결함도 활용했다. 연구 결과 광발광 강도는 최대 1140% 향상됐으며 광전류는 단일층 반도체보다 최대 982% 높은 16.4μA, 반응도는 97A/W를 기록했다.
연구팀은 개발한 소자를 손목 부착형 패치에 적용해 심박수와 혈중 산소포화도(SpO2)를 실시간 측정하는 데도 성공했다. 기존에 보고된 웨어러블 PPG 소자와 비교해 단위 면적당 신호대잡음비가 23배 높았으며 산소포화도 변화도 정밀하게 포착했다.
연구팀은 “무기 반도체 이종접합과 결함 공학을 통해 기존 유기 소재 기반 웨어러블 광센서의 신뢰성과 파장 선택성 문제를 개선했다”며 “차세대 비침습 헬스케어 센서 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. |
송효철 기자 / 입력 : 2026년 09월 06일 
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