경북대 배진혁 교수팀(전자공학부)이 디스플레이용 차세대 트랜지스터의 획기적인 성능 향상이 가능한 친환경 반도체 패터닝 기술을 개발했다.
산화물 반도체는 기존 실리콘 반도체 한계를 극복하는 디스플레이용 차세대 반도체이다. 산화물 소자의 용액 공정은 높은 생산성과 확장성으로 큰 비용 절감이 가능하지만, 반도체 결함 밀도가 증가해 낮은 전기적 특성, 안정성·균일도 저하 등의 단점이 있다.
현재 반도체 양산에 사용되는 대표적인 반도체 패터닝 기술은 포토리소그래피 (Photolithography) 공정이다. 이 공정은 인체와 환경에 유해한 독성 화학물이 사용되며 공정의 복잡도가 높다.
배진혁 교수팀은 용액 공정 반도체 패터닝을 위해 초순수를 사용하고 공정 단계를 4단계로 축소해 친환경적이면서 높은 생산성을 보이는 광패터닝 기술을 제안했다. 이 기술을 통해 반도체 내 결함을 최소화하고, 저온 공정으로도 높은 전기적 특성과 균일도를 보이는 디스플레이용 산화물 소자를 개발했다. 이번 연구는 용액 공정의 고질적 문제점을 해결해 기존 용액 공정 산화물 소자보다 전기적 특성과 균일도가 10배까지 향상됐다.
배진혁 교수는 “개발된 공정은 친환경적이고 높은 생산성을 가지는 동시에 현재 양산되어 제품에 적용되는 반도체 소자의 전기적 특성에 준하는 성능을 가지는 획기적인 기술이다. 또한, 제안한 기술을 통해 250도의 낮은 온도(기존 350도~500도 고온 필요)에서 3V에서 구동 가능한 저전력 트랜지스터를 제작했으며, 이는 모바일 및 웨어러블 디스플레이에도 적용이 가능할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 학문후속세대지원사업(박사과정생장려금), 차세대지능형반도체기술개발사업의 지원받아 수행됐다.
연구 결과는 화학공학 분야 세계적 학술지인 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, 인용지수: 13.273, JCR 상위 2.45%)’에 금년도 8월 1일자로 게재 확정됐다.
교신저자는 배진혁 교수, 제1 저자는 김도경 박사(LG Display)다.
