[시사매거진]미래창조과학부 글로벌프론티어사업과 교육부 이공학개인기초연구지원사업(기본연구)을 지원 받은 함문호 교수 연구팀(광주과학기술원)이 저가의 원소만으로 차세대 디스플레이 구동소자에 적용할 수 있는 산화물 반도체 박막 트랜지스터를 개발했다고 한국연구재단이 밝혔다.

박막 트랜지스터는 TV, 휴대폰 등에 탑재되는 디스플레이를 구성하는 핵심적인 부품 중 하나다. 미래형 디스플레이가 고해상도를 요구하면서 동시에 대면적화 되고 있는 추세에 따라 높은 전하 이동도를 가지면서 용액 공정이 가능한 산화물 반도체 기반 박막 트랜지스터가 주목을 받고 있다.

하지만 용액 공정으로 제조된 산화물 반도체 박막 트랜지스터는 일반적으로 전하이동도가 낮다. 때문에 전하이동도를 높이기 위한 고가의 희토류 원소인 인듐의 도핑이 필수적으로 필요해 상용화에는 어려움이 있었다.

또한 용액 상에서 탄소나노튜브 간 응집현상으로 인해 기대만큼 소자 성능이 개선되지 않을 뿐만 아니라 높은 누설 전류 및 불균일한 전기적 특성을 보였다.

연구팀은 이러한 현실적 문제의식 속에서 탄소나노튜브를 첨가했을 때 일어나는 용액 상에서의 탄소나노튜브 간 응집 현상을 해결하기 위해 고가의 인듐 대신 값싼 금속인 리튬을 도핑하고, 탄소나노튜브가 친수성을 갖도록 산(acid) 처리해 용매에 잘 분산될 수 있도록 했다.

연구팀이 개발한 산화아연 박막 트랜지스터는 전하 이동도가 28.6㎠/Vs로, 산화아연이나 산화아연에 리튬만 도핑한 것에 비해 각각 20배와 5배 향상되었다. 이는 현재까지 고가의 인듐을 사용하지 않은 산화물 반도체 중 가장 높은 값이다. 전하이동가가 높다는 것은 초고해상도 구현이 가능하다는 것을 의미한다. 때문에 이 기술을 통해 고가의 인듐 없이 저가의 원소만으로 이루어진 고성능 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 대면적 생산이 가능할 것으로 기대된다.

함문호 교수는 “이번 연구성과는 저가 용액 공정에 기반한 박막 트랜지스터 생산의 가능성을 제시한 것으로 초고해상도 TV, 핸드폰뿐만 아니라 스마트 시계 등 플렉서블 스마트 기기 등에 활용될 것으로 기대된다” 라고 연구의 의의를 설명했다.

한편, 이 연구성과는 재료과학 분야 저명 학술지 스몰(Small)에 지난 2월 9일자 게재됐다.