중앙대·전자부품연·GIST·한밭대 등 참여…논문 '네이처'지 게재
빛 이용한 차세대반도체 개발 가능…제조비용 획기적으로 줄여

국내 대학과 정부출연연 공동 연구진이 열에 약한 플라스틱 기판에서도 반도체를 구현 할 수 있는 방법을 개발했다.

이번 연구결과는 반도체의 제조비용을 획기적으로 줄이는데 큰 역할을 할 것으로 전망된다. 교육과학기술부와 한국연구재단은 박성규 중앙대 교수와 김영훈 전자부품연 박사팀, 윤명한 광주과학기술원(GIST) 교수, 이기라 성균관대 교수, 노용영 한밭대 교수 등 순수 국내 연구진이 '극자외선'을 이용한 빛의 화학적 반응을 통해 산화물 반도체를 만들 수 있는 원리를 규명하고, 열에 약한 플라스틱 기판에서도 반도체를 구현할 수 있는 방법을 개발했다고 6일 밝혔다.

'극자외선(DUV, Deep Ultraviolet)'은 파장이 300nm(나노미터) 이하인 빛이며, '산화물 반도체(Oxide Semiconductor)'는 금속산화물 중 반도체적 성질을 나타내는 소재로 기존의 LCD패널에 적용되는 박막 실리콘 반도체에 배해 투명도와 10배 이상의 전자이동도를 갖고 있다. LCD와 같은 평판 디스플레이에서 주로 사용해온 '유기물'과 '박막 실리콘'은 투명도가 낮고 전자 이동도가 느리기 때문에 최근 디스플레이 시장에서는 부적합하다.

이에 따라 재료의 특성상 투명하고, 수분이나 공기의 반응성이 낮아 용액공정이 용이하며, 10배 이상의 전기 이동도를 가지고 있는 '산화물 반도체'가 차세대 반도체 물질로 각광 받고 있다. 하지만 용액형 산화물 반도체는 고온(350℃~500℃)의 열처리를 통해 제작해야 하므로, 휘는(roll-up) 디스플레이나 열에 약한 플라스틱 기판에는 적용할 수 없다.
 

▲광활성 반응을 적용해 제작한 플렉서블 산화물
트랜지스터 및 집적 회로. <사진=교육과학기술부 제공>
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이를 극복하기 위해 연구팀은 산화물 반도체를 만들기 위한 용액 물질에 극자외선을 쬐어줌으로써 물질과 빛의 화학반응이 일어나는 새로운 에너지 전달체계를 규명, 이를 응용해 플라스틱과 같은 유연한 기판에 집적회로를 구현하는데도 성공했다. 연구 관계자들은 이번 연구결과가 반도체뿐만 아니라 의료 및 바이오 산업에 필수적인 세라믹, 절연체, 도체 등의 대부분의 물질에 적용할 수 있는 기술로 그 파급 효과가 매우 클 것으로 기대하고 있다.

박성규 교수는 "이번 연구는 다양한 소재에 응용할 수 있는 원천 기술로 여러 가지 분야에 실질적인 적용을 위해서는 반응시간 및 온도조절 등 아직 많은 해결부분이 남아 있으나 새로운 에너지 전달체계에 대한 근본적인 이해에 한걸음 다가가게 되었다"고 연구 의의를 전했다.

이번 연구는 교과부와 연구재단이 추진하는 '일반연구자 지원사업'과 'WCU(세계수준의연구중심대학)육성사업'의 지원을 받아 수행됐으며, 관련 논문은 세계 최고 권위의 과학전문지인 '네이처(Nature)'지 6일자에 게재됐다.

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