포스텍은 노용영 化學工學科 敎授와 아오 리우, 휘휘 主 博士後 硏究院 硏究팀이 김용성 韓國標準科學硏究院 責任硏究員, 김민규 浦項加速器硏究所 에너지環境硏究팀 빔라인 매니저와의 共同硏究를 통해 高性能·高安定性 薄膜 트랜지스터를 具現한 연구결과를 10日(現地時間) 國際學術誌 '네이처'에 公開했다고 23日 밝혔다.
n型과 p型 半導體가 相補的으로 接合된 n-p型 半導體는 電子機器와 集積回路의 核心이다. p型 半導體는 電子가 빠져나간 구멍인 精工을 통해 電流가 흐르는 半導體, n型 半導體는 電子가 移動하면서 電流를 만드는 半導體다.
半導體는 '結晶質'과 '非晶質' 半導體로도 나눌 수 있다. 結晶質 半導體는 原子나 分子가 規則的으로 配列된 反面 非晶質 半導體는 相對的으로 不規則하게 配列됐다. 非晶質 半導體는 結晶質 半導體와 比較해 電氣的 性能이 떨어지지만 製作 工程이 單純하고 費用이 低廉하다.
n型 非晶質 半導體는 인듐갈륨亞鉛酸化物(IGZO)을 바탕으로 開發돼 有機發光다이오드(OLED) 디스플레이나 메모리 分野에 널리 使用된다. p型 非晶質 半導體는 아직 內在 缺陷이 많고 硏究가 相當히 더딘 것으로 알려졌다. 學界에서도 20年 동안 成果가 나오지 않아 高性能 p型 非晶質 半導體 素子 開發은 거의 不可能한 挑戰으로 여겨졌다.
硏究팀은 稀土類 金屬인 텔루륨(Te) 酸化物에서 酸素가 部分的으로 빠지고 빈 空間에 셀레늄(Se)李 채워지면 精工을 傳導하는 性質이 생기는 현상을 알아냈다. p型 半導體로 作動할 수 있다는 뜻이다. 硏究팀은 部分的으로 酸化된 텔루륨 薄膜으로 高性能 p型 酸化物 薄膜 트랜지스터(TFT)를 開發했다.
硏究팀이 開發한 TFT는 現在까지 報告된 p型 非晶質 酸化物 TFT 中 精工의 移動度와 電流點滅비가 가장 優秀했다. 精工(p型 半導體)이나 電子(n型 半導體)의 移動度가 높을수록 回路의 速度가 빠르다. 트랜지스터를 켜거나 껐을 때 電流가 흐르는 比率인 電流點滅비가 클수록 優秀한데 개발된 TFT는 現在 商用化된 一般的인 실리콘 트랜지스터보다 最大 10倍까지 性能이 優秀했다. 이는 旣存 n型 非晶質 酸化物 半導體인 IGZO와 比較해도 비슷한 水準의 性能이다.
또 電壓이나 電流, 空氣, 濕度 等 外部 條件을 바꿔도 安定的으로 作動했다. TFT는 集積 回路 製作에 使用되는 웨이퍼 形態로 만들어졌을 때도 모든 部分에서 均一한 性能을 보여 實際 産業 現場에서 쓰일 수 있는 半導體 素子로서의 可能性도 確認됐다.
노용영 敎授는 "OLED TV나 假想現實(VR), 增强現實(AR) 機器 等 次世代 디스플레이 分野와 메모리 硏究를 위한 重要 成果"라며 "開發된 TFT가 다양한 産業에서 高附加價値를 創出하는 데 寄與하기를 바란다"고 期待했다.
高性能·高安定性의 p型 薄膜 트랜지스터를 具現한 포스텍 硏究팀. 왼쪽부터 휘휘 週 硏究員, 노용영 敎授, 아오 리우 硏究員. 포스텍 提供
