국내 연구진이 투명 반도체 스위치(트랜지스터) 소자로 각광받는 비정질 금속-산화물 반도체의 안정성을 높일 수 있는 기술을 개발했다. 동 연구진에 의해 과거 개발된 투명OLED의 효율 향상 기술과 접목하면, 고효율에 안정성도 확보한 차세대 투명 디스플레이 개발에 기여할 것으로 기대된다.

고려대학교 전기전자공학부 주병권 교수 연구팀이 KAIST 전기및전자공학과 최경철 교수 연구팀과 공동으로 수행한 동 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업의 지원을 받아 수행하였으며, 연구결과는 첨단신소재 분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스誌(Advanced Functional Materials) 3월17일자 온라인판에 게재되었다. (논문명 : Photo-Insensitive Amorphous Oxide Thin-Film Transistor Integrated with a Plasmonic Filter for Transparent Electronics)

비정질 금속-산화물 반도체는 높은 전자이동도와 기존 공정과의 유사성으로 차세대 디스플레이 소자의 핵심소재로 주목받지만 빛과 전기적 스트레스에 취약해 응용에 한계가 있었다.

외부 빛 등에 반응하여 반도체 내부에서 자유전자 생성 등이 발생, 특성이 변해버리는 것이 문제였다. 이를 극복하기 위한 기존의 산소 플라즈마 처리 방식은 안정성 확보가 아직 미흡한 상황이며, 금속 차단막 적용 방식은 투과도가 손실되는 한계가 있었다.

연구팀은 ’13.3월 발표한 연구성과인 표면 플라즈몬을 이용한 디스플레이 컬러필터를 활용, 반도체 소자에 영향을 주는 파장 대역 (470nm 이하)을 차단하고, 그 외 파장대역은 투과시키는 방식으로 소자특성 변화를 막아 광-전압 신뢰성을 높임으로써 작동시의 안정성을 향상시켰다.

실제로 백색광과 -10V 전압 환경 안에서 소자가 장시간 스트레스를 받았음에도 필터가 없는 경우와 비교했을 때, 문턱전압(Threshold) 변화가 1/3 이하로 줄어들었고, 빛을 차단하면 스트레스를 받기 전의 상태로 거의 회복되는 안정성을 나타냈다.

비정질 금속-산화물 반도체는 기존 비정질 실리콘(a-Si) 대비 높은 이동도를 갖는데다 투명하다는 장점이 있어, 실내외 다양한 환경에서 안정적으로 구동하는 투명 디스플레이 개발로 이어질 것으로 기대되며, 비교적 쉬운 방법으로 제작가능하여 사업화도 어렵지 않을 것이라고 연구진은 밝혔다.

동 연구는 고려대와 KAIST의 공동연구(공학연구센터(ERC), ’07~’16)로 이뤄낸 쾌거로서, 연구진이 이미 발표한 고효율의 디스플레이 컬러필터 및 투명 OLED 기술과 결합한다면 가까운 미래에 차세대 투명 디스플레이가 개발되어 평범한 유리창에서도 TV를 시청할 수 있을 것으로 기대한다.