국내 연구진이 와이파이보다 전송속도가 100배 빠른 '라이파이(Li-Fi)'의 취약한 보안문제를 해결할 수 있는 새로운 소자를 개발했다.
한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 조힘찬 교수팀과 국가과학기술연구회 산하 한국표준과학연구원(KRISS) 임경근 박사팀은 차세대 초고속 데이터통신으로 주목받는 '라이파이'를 활용하기 위한 '온-디바이스 암호화 광송신 소자'를 개발했다고 24일 밝혔다.
급격하게 증가하는 데이터 트래픽 병목현상을 해결할 수 있는 대안으로 떠오르는 '라이파이'는 가시광선 대역(400~800THz)을 활용한 무선통신 기술이다. 전파 간섭이 적고 전송속도가 최대 224Gbps에 달해 기존 와이파이보다 100배 빠르지만 빛을 통해 누구나 접근 가능한 구조여서 보안에 취약하다는 한계가 있다.
'라이파이'의 보안 문제를 해결하기 위해 기존에 2단자 기반 광통신 소자를 활용했지만 이는 디바이스 수준의 물리 보안을 하는 것이 불가능하다. 디바이스 수준에서 정보를 변조하려면 발광다이오드가 아닌 다른 형태의 소자구조가 필요했다.
이에 연구진은 친환경 양자점을 이용해 독성이 적고 지속가능한 소재인 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 이용해 두가지 입력 데이터를 동시에 처리할 수 있다.
이 원리를 이용해 연구팀은 '온-디바이스 암호화 광송신 소자' 기술을 개발했다. 이 기술의 핵심은 기기 자체에서 정보를 빛으로 바꾸면서 동시에 암호화까지 한다는 점이다. 즉, 복잡한 별도의 장비 없이도 보안이 강화된 데이터 전송이 가능하다.
외부양자효율(EQE)은 전기를 얼마나 효율적으로 빛으로 변환하는지를 나타내는 지표다. 상용화를 위한 EQE 기준은 일반적으로 약 20% 수준인데 연구팀이 개발한 이 소자의 EQE는 17.4%를 기록했다. 휘도(luminance) 또한 스마트폰 OLED 화면의 최대 밝기인 2000nit를 크게 웃도는 2만9000nit로, 10배 이상의 높은 밝기를 구현했다.
이 소자는 전기-광 변환과 암호화를 동시에 구현할 뿐만 아니라 저전력·소형 기기에도 적용이 가능하다. 조힘찬 교수는 "이번 연구는 속도와 보안을 모두 만족하는 광통신 기술의 새로운 패러다임을 제시했다"면서 "보안이 중요한 데이터 전송 분야에서 기반 기술이 될 것"이라고 강조했다.
이번 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 5월 30일자 온라인에 게재됐다.
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