포스텍은 화학공학과 노용영 교수·아오 리우 박사 연구팀이 간단한 열증착 공정으로 황화비스무트(Bi2S3)로 고성능 N형 반도체와 텔루륨(Te) 고성능 P형 반도체를 만드는데 성공했다고 14일 밝혔다.

현재 OLED 디스플레이의 구동회로로 사용되는 저온 다결정 실리콘과 산화물 반도체가 결합된 LTPO 구동회로는 낮은 소비전력으로 인해서 모바일 기기의 배터리 수명 연장에 강점이 있지만, 제조공정이 복잡하고 제조비용이 높은 단점이 있다.

특히 ESG경영에 대한 요구가 높아지는 최근에는 높은 에너지소비가 요구되는 이러한 반도체 제조공정의 약점을 개선하기 위해 보다 단순하고 친환경적인 반도체 제조공정을 개발하려는 연구가 이어져 왔다.

이에 연구팀은 그래핀과 비슷한 2차원 물질 ‘전이금속칼코젠’을 활용하기로 했다. 칼코젠은 주기율표 상 16족에 해당하는 원소 중 산소를 제외한 황, 셀레늄, 텔레늄을 의미하는데 여기에 전이금속을 더해 만든 화합물은 반도체와 도체 상태를 모두 가진다.

그중에서도 황화비스무트를 이용하되, 기존에 알려졌던 용액공정이 아니라, 물질을 고진공 상태에서 열에 의해서 승화시켜 발생한 증기를 기판에 부착시키는 열 증착 방식을 사용해 반도체 박막을 제작했다.

특히 간단한 열처리를 통해서 전하량을 조절, 도핑없이도 반도체와 도체를 자유롭게 제조할 수 있는 공정은 이번 연구의 핵심 원천성으로 평가받고 있다.

연구팀은 이를 기반으로 고성능 N형 박막트랜지스터를 구현하는 한편, 동일한 방식으로 텔루륨(Te) 고성능 P형 반도체를 만드는 데도 성공했다.

노용영 교수는 “향후 이 결과는 칼코젠 반도체 소자를 활용한 다양한 연구 및 상용화로 이어질 것으로 기대된다”며 “이 기술을 바탕으로 메모리소자, 뉴로모픽 디바이스로 연구를 확대하고 있다”고 계획을 밝혔다.