한국전자통신연구원(ETRI)이 반도체 혁신을 주도할 'p형 반도체' 소재, 이를 활용한 박막 트랜지스터 개발에 성공했다. 차세대 디스플레이와 초저전력 반도체 성능개선에 활용 가능하다.
ETRI는 텔레륨(Te) 기반 칼코지나이드계 p형 반도체 소재로 공정이 단순한 상온증착 p형 셀레늄-텔레늄(Se-Te) 합금 트랜지스터를 개발했다고 23일 밝혔다.
n형 산화물 반도체와 p형 Te 이종접합 구조에서 Te 박막 전하 주입을 제어해 n형 트랜지스터 문턱전압을 조절하는 기술도 개발했다.
반도체는 도핑 여부로 진성반도체, 불순물 반도체로 구분된다. 진성반도체는 전자가 움직일 수 없어, 불순물 첨가로 반도체 특성과 전기전도도를 조절한다. 이런 불순물 반도체는 다시 n형·p형 반도체로 나뉜다.
이 중 p형 산화물 반도체는 고주사율 디스플레이 구현이 가능하지만 제조 비용이 비싸고, 기판 크기에 제약이 있어 활용이 어렵다. 하지만 최근 고해상도 디스플레이에 240헤르츠(㎐) 이상 주사율이 요구되면서 관심이 높아지고 있다.
연구진은 Te에 Se을 첨가해 채널층 결정화 온도를 높여 비정질 박막을 상온증착한 후 결정화해 p형 반도체를 개발했다. 개선된 이동도, 기존 트랜지스터 대비 높은 온·오프라인 전류비 특성을 확보했다.
연구진은 Te 기반 p형 반도체를 n형 산화물 반도체 박막 위에 이종접합 구조로 도입했을 때, n형 트랜지스터 문턱전압을 조절할 수 있음도 확인했다. Te 두께를 조절해 보호층 없이도 n형 트랜지스터 안정성을 개선시켰다.
이번 성과는 반도체 산업 활용도도 뛰어나다. 연구진이 개발한 기술은 300도 이하 저온 공정으로도 안정적으로 작동해 최근 각광받는 모놀리틱 3D(M3D) 방식 상용화에 도움이 된다.
연구진은 Te 기반 p형 반도체를 6인치 이상 대면적 기판에서 최적화하고, 다양한 회로에 적용해 상용화 가능성을 확보할 계획이다.
조성행 ETRI 플렉시블전자소자연구실 책임연구원은 “OLED TV와 확장현실(XR) 기기 등 차세대 디스플레이 분야와 초저전력 상보형금속산화 반도체(CMOS) 회로 및 D램 연구 등에 폭넓게 활용될 수 있는 중요한 성과”라고 말했다.
한편 이번 성과는 세계적 학술지 '미국화학회(ACS) 응용재료 및 인터페이스'에 지난 4월과 6월 각각 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
