□ 국내 연구진이 투명 반도체 스위치(트랜지스터) 소자로 각광받는 비정질 금속-산화물 반도체*의 안정성을 높일 수 있는 기술을 개발했다. 동 연구진에 의해 과거 개발된 투명OLED의 효율 향상 기술과 접목하면, 고효율에 안정성도 확보한 차세대 투명 디스플레이 개발에 기여할 것으로 기대된다.
* 비정질 금속-산화물 반도체 : 원자들이 무작위로 배열된 비정질 구조임에도 기존 비정질 실리콘 반도체보다 높은 전자이동도와 가시광 영역에서의 높은 투과율로 차세대 디스플레이의 스위칭 소자를 위한 소재로 주목받고 있음.
o 고려대학교 전기전자공학부 주병권 교수 연구팀이 KAIST 전기및전자공학과 최경철 교수 연구팀과 공동으로 수행한 동 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업의 지원을 받아 수행하였으며, 연구결과는 첨단신소재 분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스誌(Advanced Functional Materials) 3월17일자 온라인판에 게재되었다.
(논문명 : Photo-Insensitive Amorphous Oxide Thin-Film Transistor Integrated with a Plasmonic Filter for Transparent Electronics)
□ 비정질 금속-산화물 반도체는 높은 전자이동도와 기존 공정과의 유사성으로 차세대 디스플레이 소자의 핵심소재로 주목받지만 빛과 전기적 스트레스에 취약해 응용에 한계가 있었다.
o 외부 빛 등에 반응하여 반도체 내부에서 자유전자 생성 등이 발생, 특성이 변해버리는 것이 문제였다. 이를 극복하기 위한 기존의 산소 플라즈마 처리 방식은 안정성 확보가 아직 미흡한 상황이며, 금속 차단막 적용 방식*은 투과도가 손실되는 한계가 있었다.
* 반도체 보호를 위해 빛을 차폐하는 금속막, 디스플레이 패널 픽셀에 보이는 미세한 검은 점이 차단막
□ 연구팀은 ’13.3월 발표한 연구성과인 표면 플라즈몬*을 이용한 디스플레이 컬러필터를 활용, 반도체 소자에 영향을 주는 파장 대역 (470nm 이하)을 차단하고, 그 외 파장대역은 투과시키는 방식으로 소자특성 변화를 막아 광-전압 신뢰성**을 높임으로써 작동시의 안정성을 향상시켰다.
* 표면 플라즈몬 : 금속 나노입자의 표면에 위치한 전자가 특정 광원에 반응해 공명하는 것으로 일정 반경 내의 빛의 움직임에 영향을 미친다.
** 광-전압 신뢰성(NBIS, Negative Bias Illumination stress Stability) : 전압(Bias)과 빛이 동시에 소자에 인가되는 상황에서 소자의 안정성을 나타내는 변수로, 이 특성이 안 좋으면 투명 디스플레이 구현은 어렵다.
o 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.
□ 비정질 금속-산화물 반도체는 기존 비정질 실리콘(a-Si) 대비 높은 이동도를 갖는데다 투명하다는 장점이 있어, 실내외 다양한 환경에서 안정적으로 구동하는 투명 디스플레이 개발로 이어질 것으로 기대되며, 비교적 쉬운 방법으로 제작가능하여 사업화도 어렵지 않을 것이라고 연구진은 밝혔다.
o 동 연구는 고려대와 KAIST의 공동연구(공학연구센터(ERC), ’07～’16)로 이뤄낸 쾌거로서, 연구진이 이미 발표한 고효율의 디스플레이 컬러필터 및 투명 OLED 기술과 결합한다면 가까운 미래에 차세대 투명 디스플레이가 개발되어 평범한 유리창에서도 TV를 시청할 수 있을 것으로 기대한다.<자료/사진=미래창조과학부>
