ETRI, 상온 증착 p형 소재 개발 "반도체 혁신 주도권 확보"

등록 2024.07.23 15:44:00

낮은 이동도 극복, 디스플레이 주사율·소비전력 개선

미세공정 한계 극복…적층형 반도체 새 패러다임 제시

[대전=뉴시스] ETRI가 상온증착이 가능하고 공정성이 개선된 p형 Se-Te 합금 트랜지스터를 개발했다.(사진=ETRI 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 반도체 혁신을 주도할 p형 반도체 소재와 이를 활용한 박막 트랜지스터 개발에 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 텔레륨(Te) 기반의 칼코지나이드계 p형 반도체 소재를 활용해 상온증착이 가능하고 공정이 단순한 p형 Se-Te(셀레늄-텔레늄) 합금 트랜지스터를 개발했다고 23일 밝혔다.

또 n형 산화물 반도체와 p형 Te의 이종접합 구조에서 Te 박막의 전하 주입 제어를 통해 n형 트랜지스터의 문전압을 체계적으로 조절할 수 있는 기술도 확보했다. 문턱전압(Threshold Voltage)은 전류가 흐르지 않는 상태에서 전류가 흐르는 상태로 반전되는 시점의 전압을 말한다.

반도체는 도핑 여부에 따라 불순물을 첨가하지 않은 순수한 상태의 진성반도체와 불순물반도체로 구분된다. 반도체에 흔히 사용되는 순수한 실리콘은 전자가 움직일 수 없어 전압을 걸어도 전류가 흐르지 않는다.

이로 진성반도체에 특정 불순물을 첨가, 반도체의 특성과 전기전도도를 조절한다. 불순물 반도체는 첨가된 불순물에 따라 n형 반도체와 p형 반도체로 구분된다.

현재 디스플레이 분야에 널리 활용되는 소재는 주로 인듐갈륨아연산화물(IGZO) 기반의 n형 산화물 반도체이다. p형 산화물 반도체의 경우 n형 산화물 반도체 대비 전기적 특성, 공정성이 확보되지 않아 p형 저온다결정실리콘(LTPS)을 사용하고 있지만 비용이 많이 들고 기판 크기에 제약이 있다는 한계가 있다.

최근 고해상도 디스플레이에 대한 수요가 늘면서 기존 디스플레이에 활용되던 n형 반도체 기반의 트랜지스터만으로는 높은 주사율을 갖는 디스플레이 구현에 한계가 있어 n형 특성에 견줄 수 있는 p형 반도체에 대한 수요가 높아지고 있다.

이번에 ETRI 연구진은 Te에 Se을 첨가, 채널층의 결정화 온도를 높여 상온에서 비정질 박막을 증착한 후 후속 열처리를 통해 결정화한 p형 반도체 개발에 성공했다.

이 기술로 연구진은 이동도의 개선과 기존 트랜지스터 대비 높은 온·오프라인 전류비 특성을 확보했다.

또 연구진은 Te 기반의 p형 반도체를 n형 산화물 반도체 박막 위에 이종접합구조로 도입하면 Te의 두께에 따라 n형 트랜지스터의 전자의 흐름을 제어해 n형 트랜지스터의 문턱전압을 조절할 수 있다는 것도 확인했다.

특히 패시베이션 층 없이도 이종접합 구조에서 Te의 두께를 조절, n형 트랜지스터의 안정성을 개선시켰다.

이 기술을 활용하면 고해상도와 저소비전력을 동시에 만족시키는 차세대 디스플레이 제작이 가능하고 디스플레이뿐만 아니라 반도체 산업에서도 활용도가 높다

ETRI 연구진은 Te 기반의 p형 반도체를 6인치 이상의 대면적 기판에서 최적화하고 다양한 회로에 적용해 상용화 가능성을 확보한 후 다양한 응용분야에 적용할 계획이다.

ETRI 플렉시블전자소자연구실 조성행 책임연구원은 "OLED TV와 확장현실(XR) 기기 등 차세대 디스플레이 분야, 초저전력 상보형금속산화 반도체(CMOS) 회로 및 DRAM 메모리 연구 등에 폭넓게 활용될 수 있는 중요한 성과"라고 말했다.

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