새로운 초음파 지문센서가 사람 손가락의 표면과 그 아래에 있는 조직들에 대한 3D 영상을 측정하게 될 것이다. 그래서 이것은 생체인식 및 스마트폰과 다른 기기들에 대한 정보보안을 향상시켜주게 될 것이다.
지문센서 기술은 현재 아이폰 6와 같은 스마트폰에서 사용되고 있으며, 손가락 표면의 2차원적인 영상을 만들어내고 있다. 이것은 지문의 프린트된 영상을 가지고 비교적 쉽게 다시 사용될 수 있을 것이다. 새롭게 개발된 초음파 센서는 3차원으로 손가락 표면의 굴곡과 조직 아래를 영상화함으로써 이러한 위험을 제거하게 될 것이다.
“스마트폰에서 암호를 사용하는 것은 매우 큰 보안의 문제이다. 그래서 우리는 생체인식 방법이 앞서나갈 것이라고 예상하고 있다”고 UCD(University of California, Davis) 기계항공공학과의 David A. Horsley 교수가 말했다. 그는 버클리 센서 및 액츄에이터센터(Berkeley Sensor and Actuator Center)의 센터장이다. 이 센터는 UC 데이비스 캠퍼스와 버클리 캘리포니아대학교에 위치해 있으며, UC 버클리의 Bernhard Boser 교수가 공동 센터장을 맡고 있다.
“애플사가 2013년에 출시한 새로운 아이폰에 지문 센서를 채용했다고 발표한 뒤에, 이것은 필수불가결한 것으로서 이것을 사용해야 할 것으로 예상되고 있다”고 Horsley가 말했다. 그와 그의 동료들은 이번 주에 이 새로운 기술을 AIP출판사가 발행하는 APL(Applied Physics Letters) 저널의 표지기사에서 발표하였다.
새로운 기술의 기원은 2007년에 버클리 센서 및 액츄에이터 센터가 이 연구를 시작하기 위해서 PMUTs(piezoelectric-micromachined ultrasonic transducers)를 결합한 것에서 시작되었다.
“우리는 PMUTs 어레이를 개발하였다. 이것은 기존의 ASIC(application-specific integrated circuit)와 지원되는 전자제품에 따른 것이다. 우리의 연구는 너무도 성공적이어서 이것을 상업화하기 위해서 2013년에 Chirp Microsystems사를 창업하게 되었다”고 Horsley가 말했다. 2011년에 PMUT 기술을 다르게 사용하도록 개발하면서 그들은 지문 센싱이 이상적으로 적합하다는 것을 알게 되었다.
“운좋게도, 우리의 비전을 실현하기 위해서 뛰어난 학생들 그룹을 모집하였으며, 또한 산업계의 파트너들도 모집하였다. 우리의 공동저자들은 InvenSense사와 몇몇 다른 회사들로서 이 연구를 지원하고 우리가 개발한 디자인을 제조하였다”고 Horsley가 말했다.
연구원들이 개발한 기술의 기본적인 개념은 의료 초음파 영상의 개념과 비슷한 것이다. 그들은 초소형 초음파 영상장치를 개발하였으며, 손가락의 표면 근처에 있는 얕은 조직층을 관찰하기 위해서 디자인하였다. “초음파 영상은 의료 초음파가 실행되는 동일한 방법으로 모아지게 된다. 칩 표면위의 변환기는 초음파 펄스를 방출한다. 그리고 이와 같이 동일한 변환기는 손가락 표면의 굴곡으로부터 되돌아온 반향들을 받게 된다”고 Horsley가 말했다.
초음파센서의 기본은 MEMS 초음파 기기 배열로서 이것은 매우 균일한 특성을 가지고 있기 때문에 매우 유사한 주파수 응답 특징을 갖게 된다.
영상장치를 제조하기 위해서, 이 연구그룹은 기존의 MEMS(microelectromechanical systems)를 사용하였다. 스마트폰은 마이크로폰과 지향성 방향과 같은 기능에 의존하고 있다. 그들은 아이폰과 다른 소비자 가전기기에서 발견된 MEMS 가속도계와 자이로스코프를 만들기 위해서 수정된 제조 공정 버전을 사용하였다.
“우리가 개발한 칩은 두가지 웨이퍼로부터 제조되었다. 즉, 초음파 변환기를 포함하고 있는 MEMS 웨이퍼와 신호처리 회로를 포함하고 있는 CMOS 웨이퍼이다. 이러한 웨이퍼들은 다 같이 결합되어 있기 때문에 MEMS 웨이퍼는 초음파 변환기를 노출시키기 위해서 얇아져야 한다”고 Horsley가 설명했다.
Horsley의 연구그룹은 향후 MEMS 기술 분야로서 초음파를 예상하고 있다. “소비자 전자제품을 위해 수십 만개의 MEMS 센서를 생산할 수 있는 저가이며, 대량의 제조처리를 사용할 수 있기 때문에 우리의 초음파 칩은 매우 저가로 제조될 수 있다”고 그가 말했다.
영상장치는 1.8V 파워 서플라이에 의해서 파워를 공급받게 된다. 이것은 ASIC에서 파워 효율적인 차지 펌프를 사용한 것이다. “우리의 초음파 변환기는 매우 고감도이며, 수신기 전자제품은 배열 바로 밑에 위치하게 된다. 이것은 매우 낮은 전기 기생값을 결과로 가지게 된다. 저전압 집적회로를 사용하는 것은 센서에 대한 비용을 감소시켜줄 것이며, 초음파센서의 비용, 크기 및 기존의 파워 소비가 제한이 되었던 것에서 다양한 새로운 애플리케이션을 가능하게 만들어줄 것”이라고 Horsley가 말했다.
생체인식 및 정보보안 분야에서 이 그룹의 연구는 특히 중요하다고 Horsley가 말했다. “우리의 초음파 지문센서는 손가락 표면과 표면 아래의 조직에 대한 3차원이며, 용량적인 영상을 측정할 수 있는 능력을 가지고 있다. 이것은 지문센서를 더 강력하고 안전하게 만들어줄 것”이라고 Horsley가 덧붙였다.
생체 인식과 정보보안의 목적을 넘어서 새로운 기술은 의료적인 진단툴 또는 개인의료 모니터링과 같은 저가 초음파를 포함하여 다양한 많은 애플리케이션을 찾게 될 것이라고 예측하고 있다.
이 연구그룹은 또한 매우 균일한 특징을 갖는 MEMS 초음파 기기 배열을 만들고 있다. 이것은 PMUTs가 매우 유사한 주파수 응답 특성을 가지고 있다는 것을 증명할 수 있도록 해줄 것이다.
출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
