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국내 연구진이 투명 반도체 스위치(트랜지스터) 소자로 각광받는 비정질 금속-산화물 반도체의 안정성을 높일 수 있는 기술을 개발했다.
투명 유기발광 다이오드(OLED)의 효율 향상 기술과 접목하면 고효율에 안정성도 확보한 차세대투명 디스플레이 개발에 기여할 것으로 기대된다.
미래창조과학부는 주병권 고려대학교 전기전자공학부 연구팀과 최경철 카이스트 전기 및 전자공학과 연구팀과 투명 디스플레이 스위치 소자 안정화 핵심기술을 개발했다고 14일 밝혔다.
비정질 금속-산화물 반도체는 기존 비정질 실리콘 반도체보다 높은 전자이동도와 가시광 영역에서의 높은 전자이동도와 기존 공정과의 유사성으로 차세대 디스플레이 소자의 핵심소재로 주목받지만 빛과 전기적 스트레스에 취약해 응용에 한계가 있었다.
외부 빛 등에 반응해 반도체 내부에서 자유전자 생성 등이 발생, 특성이 변해버리는 것이 문제였다. 이를 극복하기 위한 기존의 산소 플라즈마 처리 방식은 안정성 확보가 미흡한 상황이며 금속 차단막 적용 방식은 투과도가 손실되는 한계가 있었다.
연구팀은 표면 플라즈몬을 이용한 디스플레이 컬러필터를 활용, 반도체 소자에 영향을 주는 파장 대역 (470nm 이하)을 차단하고 그 외 파장대역은 투과시키는 방식으로 소자특성 변화를 막아 광-전압 신뢰성을 높여 작동시의 안정성을 향상시켰다.
실제로 백색광과 -10V 전압 환경 안에서 소자가 장시간 스트레스를 받았음에도 필터가 없는 경우와 비교했을 때, 문턱전압(Threshold) 변화가 1/3 이하로 줄어들었고 빛을 차단하면 스트레스를 받기 전의 상태로 거의 회복되는 안정성을 나타냈다.
연구진은 “이는 기존 비정질 실리콘(a-Si) 대비 높은 이동도를 갖는데다 투명하다는 장점이 있어 실내외 환경에서 안정적으로 구동하는 투명 디스플레이 개발로 이어질 것으로 기대된다”고 말했다.
연구결과는 첨단신소재 분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials) 3월17일 자 온라인판에 게재됐다.
◆ 표면 플라즈몬은 금속 나노입자의 표면에 위치한 전자가 특정 광원에 반응해 공명하는 것으로 일정 반경 내의 빛의 움직임에 영향을 미친다.
◆ 광-전압 신뢰성(NBIS)은 전압(Bias)과 빛이 동시에 소자에 인가되는 상황에서 소자의 안정성을 나타내는 변수로 이 특성이 안 좋으면 투명 디스플레이 구현은 어렵다.
김은경 기자 cr21@
