[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술연구원(KIST)은 광전소재연구단 임정아·주현수 박사팀이 부산대학교 고분자공학과 안석균 교수팀과 공동연구를 통해 하드웨어 구조 변경 없이도 빛의 회전(편광) 특성을 이용해 물리적 복제 방지 기능의 보안 성능을 강화할 수 있는 암호화 소자를 개발했다고 20일 밝혔다.

최근 사물인터넷(IoT) 시대의 도래와 함께 스마트 홈 가전, 무인 자동차, 스마트폰을 이용한 금융거래 등 다양한 기기들이 등장하면서 개인정보의 유출 등 IoT 디바이스 보안의 위험성이 증가하고 있어 강화된 보안기술 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다.

이를 위해 주요 보안기술인 하드웨어 기반의 물리적 복제 방지 기능(Physical Unclonable Function, PUF)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나 보다 높은 안정성이 요구되면서 암호화 알고리즘이 복잡해지는 한계에 직면해 있다.

이에 따라 하드웨어의 구조를 바꾸지 않고 보안성능을 강화시킬 수 있는 새로운 기술이 필요하다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 근적외선에 감응하는 공액고분자 박막 기반 유기 광트랜지스터 소자에 카이랄 액정(chiral liquid crystal) 필름을 결합하는 간단한 방법으로 고성능의 근적외선 원편광 감응 PUF 소자를 개발하는 데 성공했다.

연구과정을 보면 PUF 소자의 보안성능을 강화시키기 위해 양자광학, 3차원 디스플레이를 비롯한 다양한 분야에서 활용되고 있는 원편광(circularly polarized light) 응용기술을 암호화 소자에 도입했다.

이때 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전하면서 진행하는 빛인 원편광을 감지할 수 있는 PUF 소자 기술 개발이 필요한데 그중에서도 근적외선 원편광을 활용한 기술은 광통신, 양자컴퓨팅, 비가시광 감지 시스템 등 차세대 광전소자로 향후 그 적용 범위가 넓다는 이점이 있다.

이후 근적외선 빛에 높은 흡광 특성을 가지면서 우수한 전하 수송 특성을 갖는 공액고분자 단일박막을 적용한 유기 광트랜지스터를 제작하고 그 위에 근적외선 빛을 선택적으로 반사시키는 특성의 강한 광학 키랄성을 갖는 독립형 카이랄 액정 네트워크 필름을 도입해 단일 통합소자를 제작했다.

이어 이러한 카이랄 액정이 결합된 근적외선 원편광 감응 광트랜지스터는 높은 원편광 감응도(responsivity) 및 광전류에 대한 우수한 비대칭 계수(dissymmetry factor)를 보였는데 이는 인가된 전기장에 의한 광전류 신호 증폭 특성과 다층구조에서 감소된 반사에 의한 빛 흡수 향상의 시너지 효과로부터 기인했다는 사실을 확인했다.

이를 토대로 간단한 공정을 이용해 PUF 어레이 소자를 제작했고 빛의 회전 방향을 구분해 감응하는 소자 특성이 암호화 키 생성에 사용되는 조합의 수를 증가시킴으로써 결과적으로 어레이의 물리적 크기를 바꾸지 않고도 강화된 보안성능을 갖는 암호화 소자를 제작했다.

이 연구결과에 의하면 원편광 응용기술을 도입해 보다 강화된 암호화 소자를 구현하는 새로운 방법을 제시했고 이를 위해 간단한 공정으로 근적외선 원편광의 회전 방향을 구분해 감지하는 광전소자가 개발됐다.

KIST 임정아 박사는 “이번 연구는 원편광 감응 반도체 소자를 이용하여 복잡한 나노패터닝 공정없이 간단한 용액공정으로 고감도 근적외선 원편광 감응 소자의 제작이 가능함을 보였고 근적외선을 활용했기 때문에 향후 다양한 차세대 광전소자 시스템에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부 지원 아래 KIST 주요사업 및 한국연구재단 전략과제, 개인기초과제 및 소재융합혁신기술개발사업으로 수행됐고 소재 분야의 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials) 최신호에 게재됐다.