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한국연구재단은 박희준·김경학 한양대 교수 연구팀이 차세대 반도체 소재로 주목받는 페로브스카이트 성능과 안정성을 동시에 극대화할 수 있는 새로운 방법을 규명, 고성능·장수명의 박막 트랜지스터(TFT) 구현에 성공했다고 20일 밝혔다.
반도체 소자를 만드는 데 사용되는 기본적인 반도체 물질 형태로는 P형 반도체와 N형 반도체가 있다. P형 반도체와 N형 반도체를 특정한 방식으로 결합하고 가공해 반도체 소자를 만든다.
저전력 전자기기 및 집적회로의 구현을 위해서는 N형과 P형 소자가 모두 필요하지만, 고성능 N형 소자에 비해 P형 소자의 고성능 구현CMA금리
은 반도체 업계의 오랜 난제로 꼽혀왔다.
연구팀은 친환경 주석(Sn) 기반 페로브스카이트가 작은 유효 질량과 낮은 산란 특성이라는 전하 수송상 장점이 있다는 점에 착안, 이 소재 고질적 한계였던 산화와 박막 품질 저하 문제를 해결할 수 있다면, 오히려 기존에 상용화된 그 어떤 소재보다도 우수한 성능 구현이 가능하다고 판단했다.
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연구팀은 메틸암모늄클로라이드(MACl)를 이용해 페로브스카이트 일부 양이온과 음이온을 치환함으로써 결함 밀도를 최소화하고 구조적 불안정을 극복할 수 있음을 규명, 이 전략으로 산화와 박막 품질 저하 문제를 동시에 해결했다. 이를 바탕으로 연구팀은 최고 수준의 성능을 지닌 P형 박막 트랜지스터 구현에 성공했다.
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상온에서 약 10년간 초기 성능의 70% 이상을 유지할 것으로 예측됐다. 이는 유기발광다이오드(OLED) 상용화에 활용되는 캡슐화 기술과 결합할 경우 산업 현장에 즉시 적용이 가능한 수준임을 보여준다.
박희준 교수는 “이번 성과는 주석 기반 페로브스카이트로 최고 수준의 전기적 성능과 장기 안정성을 동시에 달성한 첫 사례”라며 “차세대 디온라인신천지
스플레이, 광센서, 저전력 논리소자 등 다양한 분야로 확장이 기대된다”라고 말했다.
이번 연구에는 삼성전자 SAIT가 공동으로 참여했으며, 연구성과는 전기·전자공학 분야 최상위 국제학술지 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 지난 17일 온라인 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com