한국연구재단은 한양대학교 박희준·김경학 교수 공동 연구팀이 차세대 반도체 소재로 주목받는 페로브스카이트의 성능과 안정성을 동시에 잡을 수 있는 고성능·장수명 박막 트랜지스터(TFT) 구현에 성공했다고 밝혔습니다.

반도체는 전자의 흐름에 따라 P형과 N형으로 나뉘며, 이 두 가지를 조합해 반도체 소자를 만듭니다.

저전력 전자기기나 집적회로를 구현하려면 두가지 모두 필요하지만 그동안 업계에서는 N형보다 성능이 떨어지는 P형 반도체를 얼마나 고성능으로 구현하느냐가 난제로 꼽혀왔습니다.

특히 차세대 소재로 주목받는 페로브스카이트는 P형 반도체에 활용할 수 있지만, 대부분 납(Pb)을 포함하고 있어 실제 전자기기에 적용하기엔 제약이 있었습니다.

연구팀은 납 대신 주석을 사용하면서도 성능 저하의 원인이던 산화 문제와 박막 품질 저하 문제를 해결하는 새로운 공정을 개발했습니다.

핵심은 메틸암모늄클로라이드(MACl)를 첨가해
결정 구조 내 양이온과 음이온 일부를 치환한 것 입니다.

이를 통해 결함 밀도를 크게 줄이고 구조적 불안정을 억제함으로써 고질적인 산화와 박막 품질 저하 문제를 동시에 해결했습니다.

연구팀은 이를 바탕으로 현재까지 보고된 최고 성능의 P형 트랜지스터를 구현했습니다.

또 가속 수명시험 결과, 상온에서 약 10년 동안 초기 성능의 70% 이상을 유지할 것으로 예측됐습니다.

이는 OLED 디스플레이에 쓰이는 캡슐화 기술과 결합하면 곧바로 산업 현장에 적용할 수 있는 수준으로 평가됩니다.

연구책임자인 박희준 교수는 "주석 기반 페로브스카이트로 최고 수준의 성능과 안정성을 동시에 확보한 첫 사례"라며 "친환경 차세대 반도체 의 상용화를 앞당기는 전환점이 될 것"이라고 강조했습니다.

이번 성과는 전기·전자공학 분야 국제 학술지, 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics) 10월 17일자 온라인판에 실렸습니다.


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