국내 연구진이 다양한 투명 전자소자 등에 적용할 수 있는 성능이 우수하고 투명한 새로운 초박막 다이오드 소재와 소자구조를 개발했다.

서울대 융합과학기술대학원 김연상 교수팀은 13일 경희대 물리학과 박용섭·김영동 교수팀과 함께 산화물절연체(SiO₂)와 산화아연(ZnO) 이종접합을 이용해 기존 PN접합 소자의 한계점을 극복하면서도 적은 비용과 간단한 공정으로 투명 다이오드 소자를 구성할 수 있는 소재 및 소자기술을 개발했다고 밝혔다.

이 연구논문은 이 날짜 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications)에 게재됐다.

투명박막다이오드는 투명디스플레이 같은 투명전자장치 제작에 필수 기본소자로 투명한 PN접합 다이오드를 이용해 개발하려는 연구가 진행돼 왔다.

그러나 PN접합다이오드에는 투명한 P형 반도체와 N형 반도체 조합이 필요하지만 현재 좋은 성능의 투명한 P형 산화물 반도체를 개발하는 것은 한계에 직면한 상태다.

또 최근에는 전이금속 칼코게나이드(Chalcogenides) 화합물로 된 2차원 반도체소재도 개발되고 있다. 하지만 이 화합물은 투명하고 전기적 성능이 우수하지만 2차원 소재를 정밀하게 제어하는 기술이 미비해 산업화에는 아직 어려움이 많다.

연구진은 이 연구에서 PN접합이 아닌 금속양극-산화물절연체-산화아연-금속음극으로 구성된 소자를 개발하고 이 소자가 투명다이오드 제작에 적합한 우수한 전기적 특성을 가지고 있음을 확인했다.

연구진은 초박막 투명 다이오드 소자의 핵심인 산화물절연체/산화아연 두께를 20∼200나노미터(㎚=10억분의 1ｍ)로 조정할 수 있고 산화물절연체의 두께로 전기적 성능을 제어할 수 있다고 설명했다. 

또 이 투명 산화물 박막다이오드 소자를 이용해 전자소자의 전기적 충격을 예방할 수 있는 정전기 방지회로를 제작, 전자회로 부품으로 적용할 수 있음을 증명했다. 

연구진은 산화물절연체와 산화아연은 이미 산업적으로 널리 사용되는 물질로 이를 제어하는 공정기술이 상당 수준에 도달해 있다며 이 소재가 디스플레이, 메모리 등 전자산업에 쉽게 적용될 수 있을 것이라고 밝혔다.

연구 총괄 책임자인 김연상 교수는 "개발된 투명 다이오드 소자는 간단한 구조와 범용적인 공정기법으로 실제 산업 적용성이 아주 우수하다"며 "실용화 과제를 통한 전자부품 적용 연구가 수행되면 2년 안에 실용화에 돌입할 가능성이 있다"고 내다봤다.