고온 열처리 대신 상온에서 자외선을 쬐는 것으로 산화물 반도체 광전류를 1000배 이상 증폭·제어할 수 있는 기술이 개발됐다.
한국연구재단(이사장 이광복)은 손준우 포스텍 교수팀이 기존 열처리 대신 자외선으로 산화물 반도체 광전류를 증폭하고 실시간 제어할 수 있는 전략을 제안했다고 3일 밝혔다.
페로브스카이트 결정을 이용한 주석 산화물 반도체는 차세대 소재로 주목받고 있다. 특히 광전류가 실시간 변화하는 재구성 반도체 소자는 고민감성 광검출기, 홀로그램 메모리 소자 등으로 응용될 수 있다. 산화물 반도체 내 특정 부분에서만 광전자를 댜량 형성하는 것이 중요하다.
연구팀은 상온에서 페로브스카이트 산화물 반도체에 자외선을 쬐어, 좁은 영역에서 '산소 빈자리 결함'을 생성하고 또 소멸시킬 수 있음을 알아냈다.
반도체 표면 산소 빈자리는 전자가 생성돼 광전류 증폭을 이루는 곳이다. 연구팀은 이를 이용해 기존 대비 1000배 이상 광전류를 구현하는데 성공했다.
산소 빈자리 결함은 외부 산소 압력을 다양하게 조절하는 것만으로 생성과 소멸은 물론 빈자리 결함 농도도 제어할 수 있다. 멀티레벨 스위칭 등이 핵심이 될 다기능 재구성 소자 실마리가 될 수 있어 특히 의미가 있다.
기존에도 고온에서 산소 빈자리 결함 형성으로 광전류 등 물성을 제어하려는 시도가 있었으나, 산화물 반도체 표면 광전류를 증폭, 제어하는 연구는 없었다.
손준우 교수는 “집속된 자외선 기반 도핑으로 하부 기판 손상 없이 미세 패턴의 선택적 영역에서 반도체 특성을 제어할 수 있는 새로운 상온 공정기술을 제안한 것”이라며 “반도체 내 결함 준위 가역적 제어 원리에 기반한 재구성 현상은 다기능 소자 및 실시간으로 재구성 가능한 지능형 광소자에 적용될 수 있다”고 설명했다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단의 기초연구실사업 등 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 지난 12월 18일 게재됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
