국내 연구진이 극자외선을 이용한 빛의 화학적 반응을 통해 산화물 반도체를 만들 수 있는 원리를 규명하고, 반도체 제조비용을 획기적으로 줄일 수 있는 방법을 개발했다.

교육과학기술부와 한국연구재단은 6일 박성규(41) 교수 및 김영훈(36) 박사 연구팀이 산화물 반도체를 만들기 위한 용액 물질에 극자외선을 쬐어줌으로써 물질과 빛의 화학반응이 일어나는 새로운 에너지 전달체계를 규명했고, 이를 응용해 플라스틱과 같은 유연한 기판에 집적회로를 구현하는데 성공했다고 밝혔다.

산화물반도체(Oxide Semiconductor)는 금속산화물 중 반도체적 성질을 나타내는 것으로 기존의 LCD패널에 적용되는 박막 실리콘 반도체 대비 투명도와 10배 이상의 전자이동도를 가지고 있다.

기존의 용액형 산화물 반도체는 고온(350℃~500℃)의 열처리를 통해 제작해야 하는데, 이런 반도체 공정으로는 휘는(roll-up) 디스플레이나 열에 약한 플라스틱 기판에는 적용할 수 없다.

이를 극복하고자 전 세계의 많은 연구자들이 다른 소재를 개발하거나 또는 열처리를 하지 않는 방법을 개발하고자 시도해왔지만 뚜렷한 성과를 얻지 못하고 있는 실정이었다.

이번 연구 성과는 지금까지 고온의 열처리를 통해 제작되던 반도체공정을 뒤집을 수 있는 획기적인 발견으로 빛(극자외선)을 이용해 반도체 박막을 형성하고 이를 이용해 반도체 소자 및 집적회로를 구현할 수 있게 된 것이다.

빛을 이용한 에너지 전달체계 원천 기술을 확보함에 따라 열처리를 위해 대형 장비를 사용해야하는 과정을 벗어나 상온에서 용액물질의 광화학 반응을 이용해 쉽게 대면적으로 반도체 제작이 가능해졌다. 이를 통해 점차 대형화되는 디스플레이 시장에 큰 비용절감 효과를 가져올 전망이다.

또한 이번 연구결과는 반도체뿐만 아니라 의료 및 바이오산업에 필수적인 세라믹, 절연체, 도체 등의 대부분의 물질에 적용할 수 있는 기술로 그 파급 효과가 매우 클 것으로 기대되며 관련 응용 연구 역시 활발히 진행 중이다.

박성규 교수는 “이번 연구는 다양한 소재에 응용할 수 있는 원천 기술로 여러 가지 분야에 실질적인 적용을 위해서는 반응시간 및 온도조절 등 아직 많은 해결부분이 남아 있으나 새로운 에너지 전달체계에 대한 근본적인 이해에 한걸음 다가가게 됐다”고 연구 의의를 밝혔다.