초고이동도 질산화물 반도체 재료 개발

[이데일리 장종원 기자] 한국디스플레이연구조합은 김현석 충남대학교 교수, 박진성 한양대학교 교수 연구팀이 질산화 음이온 처리를 이용해 산화물 반도체의 다양한 결함을 치유하고, 이를 기반으로 높은 전자 이동도를 가지는 질산화물 반도체를 개발했다고 9일 밝혔다.

이번 연구는 산업통상자원부 및 민간기업의 협력 투자로 발족된 ‘미래 디스플레이 핵심 원천기술 개발(KDRC)’ 사업을 통해 진행된 것으로 과학적 성과를 인정받아 재료분야 국제 상위 학술지인 네이처 자매지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 최근 게재됐다.

기존 산화물반도체의 경우 인듐(Indium), 갈륨(Gallium)의 고가의 재료를 필요로 하며 산소 결함(Oxygen vacancy) 등의 다양한 결함을 가지고 있어 이동도가 증가할수록 신뢰성이 떨어지는 치명적인 문제점을 갖고 있다.

그러나 이번 연구는 질소 치환 반응을 통한 스퍼터링 기법은 저가의 아연(Zinc) 금속 재료 만을 사용해 가격이 저렴하며 공정이 간단하고, 산소 결함을 근본적으로 제어해 우수한 전자 이동도와 신뢰성 특성을 발현 할 수 있어 디스플레이용 고성능 트랜지스터 제작에 적용될 수 있다.

질산화물 박막 트랜지스터는 100 cm2/Vs 이상의 높은 이동도 특성을 보여줘 고성능 박막 트랜지스터로써의 성능을 입증했다 이번 성과는 기존에 사용하는 고가의 저온 폴리 실리콘 박막 트랜지스터 소자 기술을 대체할 수 있는 대안 기술 이라는 점에서 의의가 있다.

김현석·박진성 교수는 “이번 질산화물 반도체 소재와 공정은 기존 디스플레이 양산 공정에 적용되는 스퍼터링 증착법이 사용됐기 때문에 추가비용 없이 적용이 가능해 산업적 파급효과가 매우 클 것으로 예상된다”고 말했다.