포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 노용영 화학공학과 교수·박사과정 아오리우·휘휘주 씨 연구팀이 김명길 성균관대학교 재료공학부 교수와 함께 페로브스카이트를 이용해 고성능 P형 반도체 트랜지스터를 개발했다고 17일 밝혔다. 이 기술은 반도체 소재를 용액으로 만들어 간단하게 소자를 인쇄할 수 있다는 것이 큰 장점으로 꼽힌다.
트랜지스터는 전자가 이동하는 N형 반도체와 정공이 이동하는 P형 반도체를 접합해 전류를 제어한다. 다만 활발히 연구돼 온 N형 반도체와 달리, 성능이 높은 P형 반도체를 만들기는 어려웠다. 많은 연구자가 전기 전도성이 뛰어난 페로브스카이트를 P형 반도체 소재로 사용하고자 했지만, 고온 공정이 어려워 상용화에 한계가 있었다.
연구팀은 무기물 금속 할로겐화물 소재인 세슘-주석-요오드(CsSnI3)를 이용해 페로브스카이트 P형 반도체를 개발했다. 이를 바탕으로 고성능 트랜지스터를 만드는 데 성공했다. 이 트랜지스터는 50cm2V-1s-1 이상의 높은 정공 이동도와 100만 이상의 전류 점멸비를 보였다. 지금까지 나온 페로브스카이트 P형 반도체 트랜지스터 중 최고 성능을 기록했다.
특히 소재를 용액으로 만들어 문서를 찍어내듯이 간단히 인쇄하는 것만으로 P형 반도체 트랜지스터를 제작할 수 있도록 했다. 이 공정은 편리할 뿐만 아니라, 공정 단가가 낮아 페로브스카이트 소자의 상용화에 기여할 것으로 기대된다.
노용영 교수는 “이 반도체 소재와 트랜지스터는 향후 디스플레이나 웨어러블 전자소자의 구동회로에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 실리콘 반도체와 수직으로 쌓아 적층형 전자회로와 광전자 소자 등에도 널리 사용될 수 있다”고 말했다.
한국연구재단 중견연구사업, 미래소재디스커버리사업, 차세대지능형반도체사업, 기초연구실지원사업과 삼성디스플레이의 연구지원을 통해 수행된 이번 연구성과는 최근 세계적인 학술지 '네이처(Nature)' 자매지인 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 게재됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
