투명 디스플레이와 메모리를 비롯한 전자부품에 적용할 수 있는 초박막 다이오드 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 공정이 간단한데다 제작비용이 저렴해 투명전자소자 산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.
차세대융합기술원(원장 박태현)은 친환경 전지기술 연구센터 김연상 교수 연구팀이 박용섭·김영동 경희대 교수팀과 공동으로 산화물 절연체(SiO2)와 산화아연(ZnO) 이종 접합을 이용해 투명 다이오드 소자를 구성할 수 있는 소재와 소자기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
그동안 투명 박막다이오드 개발에는 PN접합다이오드를 이용했다. 하지만 P형 산화물 반도체 개발이 어려워 한계에 직면한 상황이다. 칼코게나이드 화합물로 이루어진 2차원 구조 반도체 소재도 개발되고 있으나 정밀 제어기술이 미비해 산업화하기에는 해결해야 할 문제가 많았다.
반면에 이번에 개발한 기술은 산화물절연체와 산화아연 이종 접합으로 투명 박막다이오드 제작을 가능케 했다. 연구팀은 산화물 절연체와 음극 사이에 투명한 산화아연 초박막을 삽입하면 특정방향으로만 전류가 흐른다는 것을 관찰하고, 다양한 산화물 절연체를 이용한 투명 다이오드 제작이 가능하다는 것을 보여줬다.
특히 이렇게 개발한 소자는 구조가 매우 간단하고 제어가 용이하다. 금속양극-산화물절연체-산화아연-금속음극으로 구성된다. 산화물 절연체와 산화아연 두께는 20~200㎚까지 조율할 수 있다. 산화물 절연체 두께로 정류되는 전기적 성능을 제어할 수 있다. 그뿐만 아니라 이미 상용화된 소재와 공정기술을 사용하기 때문에 저렴하면서도 간단하게 제작할 수 있다.
연구 결과는 지난달 세계적인 학술지인 네이처의 자매지인 네이처 커뮤니케이션스에 게재했다. 여러 건의 원천특허도 출원했다.
김연상 교수는 “투명 박막다이오드의 원천기술을 확보하는 데 매우 중요한 발견이고, 원천소재 및 소자 구조 연구개발 결과라 산업·경제적 파급효과가 매우 클 것”이라며 “2020년 300억 달러에 이를 것으로 예측되는 투명전자소자 분야에 광범위하게 적용될 수 있다”고 설명했다.
김순기기자 soonkkim@etnews.com
