자외선, 반도체 내 산소를 춤추게 한다
열처리 없이 상온에서의 자외선 조사로 광전류 1,000배 증폭
□ 고온의 열처리 대신 상온에서 자외선을 쬐어 주는 것으로 산화물 반도체의 광전류를 1,000배 이상 증폭하고 제어할 수 있는 기술이 소개됐다.
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 손준우 교수(포항공과대학교) 연구팀이 기존 열처리 대신 자외선으로 산화물 반도체의 광전류를 증폭하고 실시간으로 제어할 수 있는 전략을 제안했다고 밝혔다.
□ 페로브스카이트 결정을 이용한 주석 산화물 반도체는 가시광선 빛이 투과할 수 있는 넓은 밴드갭, 전자가 빠르게 흐를 수 있는 높은 상온 전자이동도 및 고온 안정성으로 인해 투명 반도체 소자, 전력 반도체, UV 검출기를 위한 차세대 소재로 주목받고 있다.
○ 특히 지능형 광소자의 요구에 따라 광전류가 실시간으로 변하는 재구성 반도체 소자는 고민감성 광검출기, 홀로그램 메모리 소자 등으로 응용될 수 있다. 때문에 가역적으로 산화물 반도체 내의 특정 부분에서만 다량의 광전자를 형성하기 위한 연구가 중요하다.
□ 연구팀은 상온에서 페로브스카이트 산화물 반도체에 자외선을 쬐어, 국부적 영역에서 산소 빈자리 결함을 생성하고 또 소멸시킬 수 있음을 알아냈다.
○ 반도체 표면의 산소 빈자리는 광전류 증폭을 위한 전자의 생성이 이뤄지는 자리로 연구팀은 자외선으로 만든 산소 빈자리를 이용해 기존 대비 1,000배 이상의 광전류를 구현하는 데 성공했다.
□ 특히 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 소자의 실마리가 될 수 있어 특히 의미가 있다.
□ 기존에도 고온에서 산소 빈자리 결함 형성으로 광전류 등의 물성을 제어하려는 시도가 있었으나, 소자 동작 시 가역적으로 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 한국연구재단이 추진하는 기초연구실사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료과학 분야 국제학술지‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 2021년 12월 18일 게재되었다.
