카이스트-KRISS, 친환경 양자점 기반 ‘온-디바이스 암호화 광송신 소자’ 개발

[보안뉴스 강현주 기자] 카이스트(총장 이광형)는 차세대 초고속 데이터 통신으로 주목받는 ‘라이파이(Li-Fi)’의 보안을 강화하는 ‘온-디바이스 암호화 광통신 소자’ 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

이번 개발에서 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀이 국가과학기술연구회(NST·이사장 김영식) 산하 한국표준과학연구원(KRISS·원장 이호성) 임경근 박사와 협력했다.


▲온-디바이스 암호화 광송신 소자 개념도 [자료: 카이스트]

라이파이(Li-Fi)는 LED 불빛처럼 눈에 보이는 빛인 가시광선 대역(400~800 THz)을 활용한 무선통신 기술로, 기존 와이파이(Wi-Fi)보다 최대 100배 빠른 속도(최대 224Gbps)를 제공한다. 사용할 수 있는 주파수 할당의 제약이 없고 전파 혼신 문제도 적지만, 누구나 접근이 가능해서 보안에는 상대적으로 취약하다. 한국 연구진은 기존 광통신 소자의 한계를 뛰어넘어 송신 속도와 보안을 동시에 향상시킬 수 있는 라이파이의 새로운 플랫폼을 제시했다.

조힘찬 교수팀은 친환경 양자점(독성이 적고 지속 가능한 소재)을 이용해 고효율 발광 트라이오드 소자를 만들었다. 이 소자는 전기장을 이용해 빛을 발생시키는 장치다. 특히 ‘투과 전극에 존재하는 아주 작은 구멍(핀홀)’ 영역에 전기장이 집중되고 전극 너머로 투과되는데, 이 소자는 이를 이용하여 두 가지 입력 데이터를 동시에 처리할 수 있다.

이 원리를 이용해 연구팀은 ‘온-디바이스 암호화 광송신 소자’라는 기술을 개발했다. 기기 자체에서 정보를 빛으로 바꾸면서 동시에 암호화까지 한다는 점이 핵심이다. 복잡한 별도의 장비 없이도 보안이 강화된 데이터 전송이 가능하다.

외부양자효율(EQE)은 전기를 얼마나 효율적으로 빛으로 변환하는지를 나타내는 지표다. 상용화를 위한 기준은 일반적으로 약 20% 수준이다. 이번에 개발된 소자는 17.4%의 EQE를 기록했다. 휘도도 스마트폰 OLED 화면의 최대 밝기인 2,000nit를 크게 웃도는 29,000nit로 10배 이상 밝다.

연구팀은 이 소자가 어떻게 정보를 빛으로 바꾸는지를 더 정확히 이해하기 위해, ‘과도 전계 발광 분석’이라는 방법을 사용했다. 아주 짧은 시간(수백 나노초 = 10억 분의 1초 단위) 동안 전압을 순간적으로 인가했을 때, 소자에서 발생하는 발광 특성을 분석했다. 이를 통해 수백 나노초 단위에서 소자 내 전하들의 이동을 분석해 단일 소자 내에서 구현되는 이중채널 광변조의 작동 메커니즘을 규명했다.

카이스트 조힘찬 교수는 “이번 연구는 기존의 광통신 소자의 한계를 뛰어넘어 송신 속도를 높이면서도 보안능력을 향상할 수 있는 새로운 통신 플랫폼을 제시했다”며“추가 장비 없이도 보안을 강화하면서, 암호화와 송신을 동시에 구현하는 이 기술은 향후 보안이 중요한 다양한 분야에서 폭넓게 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.

카이스트 신소재공학과 신승민 박사과정이 제1 저자로 참여하고, 조힘찬 교수, KRISS 임경근 박사가 공동 교신 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 `어드밴스드 머터리얼즈┖에 5월 30일 자 출판됐으며, 표지논문(inside front cover)으로 선정됐다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단, NST 및 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 수행됐다.

[강현주 기자(jjoo@boannews.com)]

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