차세대 투명 디스플레이가 앞당겨 실현될 가능성이 높아졌다. 국내 연구팀이 투명 산화물 반도체 내에서 전기를 흐를 수 있도록 빠르게 전자를 생성하는 간단한 공정을 찾아냈다.
포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 손준우 신소재공학과 교수와 통합과정 윤다섭 씨 연구팀이 페로브스카이트 격자구조 내에서 주석 금속을 '선택적으로 석출'하는 방법을 이용, 산소가 결핍된 페로브스카이트 주석 산화물 박막 전기전도도를 획기적으로 향상할 새로운 전략을 제시했다고 31일 밝혔다.
페로브스카이트 결정 구조 주석 산화물(BaSnO3)은 유리처럼 투명하면서 금속처럼 상온에서 높은 전기전도도와 전자이동도 때문에 차세대 투명 전자 소자나 자동차용 전력 반도체 소자로 응용할 수 있는 신소재로 여겨지고 있다. 전자 소자 응용을 위해서는 전기를 통하게 하는 과정이 필요하다.
반도체 내에서 전기를 통하게 하는 가장 손쉬운 방법은 고온에서 환원 열처리를 하는 방법이다. 하지만 이 방법은 전자 농도를 일관되게 제어하지 못해 전기전도도를 극대화하지 못했다.
연구팀은 페로브스카이트 주석 산화물 박막 환원 열처리 후 전기전도도를 극대화할 수 있도록 양이온 반응물 조성비를 인위적으로 제어했고 고온 환원 공정 후에 전자 농도를 관찰했다.
그 결과, 주석(Sn)이 과주입된 BaSnO3 박막에서 전자 농도가 높이 증가하는 것을 확인했다. 또 란타늄(La)을 추가적으로 도핑 한 박막에서는 6000Scm-1의 높은 전기전도도를 보이는 투명 산화물 반도체 특성을 달성했다.
연구팀은 선택적인 금속 석출 현상을 이용함으로써 페로브스카이트 산화물 반도체 내 투명도를 저해하지 않으면서도 전기전도도를 증가시키는 새로운 방법을 보였다. 이렇게 개발된 전자 도핑 원리는 주석 산화물 반도체 기능을 개선함으로써 차세대 투명 반도체 소자, UV 검출기 소자, 자동차용 전력 반도체 소자로 응용될 수 있다.
손준우 교수는 “이 소재 원천기술을 이용하면 차세대 투명 반도체 소자나 전력 반도체 소자의 전기전도도를 극대화할 수 있는 새로운 전략이 될 것”이라고 말했다.
과학기술정보통신부 기초연구실, 중견연구사업 및 삼성전자 DS 전략산학과제 지원으로 수행된 이번 연구성과는 최근 재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'에 게재됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com