디스플레이용 고성능 트랜지스터를 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 고이동도 질산화물 반도체 재료를 국내 연구팀이 개발했다.
한국디스플레이연구조합(이사장 한상범)은 `미래 디스플레이 핵심 원천기술 개발(KDRC)` 사업 과제에서 질산화 음이온 처리를 이용해 산화물 반도체의 다양한 결함을 치유하고 높은 전자 이동도(≥100㎠/Vs)를 구현하는 질산화물 반도체를 개발했다고 9일 밝혔다.
KDRC 사업은 산업통상자원부와 민간기업(LG디스플레이, 삼성디스플레이)이 일대 일 매칭 펀드로 참여한다. 정재경 한양대 교수가 주관하고 김현석 충남대 교수와 박진성 한양대 교수가 공동 연구자로 참여한 `초고이동도(≥120㎠/Vs) 저온 박막 산화물계 트랜지스터 소재 및 공정 기술 개발` 과제에서 이번 성과를 도출했다.
연구 결과는 과학적 성과를 인정받아 재료분야 국제 상위 학술지인 네이처 자매지 사이언티픽 리포트에 지난 4월 21일 게재됐다.
기존 산화물반도체는 고가 재료인 인듐, 갈륨이 필요하고 산소 결함 등 다양한 결함 때문에 이동도가 증가할수록 신뢰도가 떨어지는게 문제다.
이번 연구는 질소 치환 반응을 거친 스퍼터링 기법을 도입해 문제를 해결했다. 저가 아연 금속 재료만 사용해 가격이 저렴하고 공정이 간단하다. 산소 결함을 근본적으로 제어해 전자 이동도와 신뢰성이 우수하다. 100㎠/Vs 이상 높은 이동도 특성을 구현해 고성능 박막 트랜지스터 성능을 입증했다.
기존 사용하는 고가 저온 폴리실리콘 박막 트랜지스터 소자 기술을 대체할 수 있는 대안 기술로 활용할 수 있다.
김현석·박진성 교수는 “이번 질산화물 반도체 소재·공정은 기존 디스플레이 양산 공정에 적용하는 스퍼터링 증착법을 사용해 추가 비용 없이 적용할 수 있어 산업적 파급효과가 매우 클 것”으로 예상했다.
배옥진 디스플레이 전문기자 withok@etnews.com
