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자외선 기반 도핑으로 하부 기판 손상 없이…반도체 특성 제어

열처리 없이 상온에서의 자외선 조사로 광전류 1천 배 증폭

[산업일보]
고온의 열처리 대신 상온에서 자외선을 쬐어 주는 것으로 산화물 반도체의 광전류를 1천 배 이상 증폭시키고 제어할 수 있는 기술이 제시됐다.

포항공과대학교 손준우 교수 연구팀(이하 연구팀)이 기존 열처리 대신 자외선으로 산화물 반도체의 광전류를 증폭하고 실시간으로 제어할 수 있는 전략을 제안했다고 한국연구재단은 밝혔다.

제안된 기술에 대해 연구팀은 집속된 자외선 기반 도핑으로 하부 기판 손상 없이 미세 패턴의 선택적 영역에서 반도체 특성을 제어할 수 있는 새로운 상온 공정기술로, 반도체 내 결함 준위 가역적 제어 원리에 기반한 재구성 현상은 다기능 소자 및 실시간으로 재구성 가능한 지능형 광소자에 적용할 수 있다고 설명했다.
자외선 기반 도핑으로 하부 기판 손상 없이…반도체 특성 제어
(a) 자외선 조사 중 표면 화학결합 변화, (b) 자외선 조사 후 표면 변화,
(c) 제일원리계산으로 제안된 표면 산소 빈자리 형성에 따른 밴드갭 내 준위 형성
(자료=포항공과대학교 손준우 교수)

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.

이 때문에 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 1천 배 이상의 광전류를 구현하는 데 성공했다는 것.

기존에도 고온에서 산소 빈자리 결함 형성으로 광전류 등의 물성을 제어하려는 시도는 있었으나, 소자 동작 시 가역적으로 산화물 반도체 표면 광전류를 증폭, 제어하는 연구는 없었다고 연구팀은 밝혔다.

한편, 이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실사업 등의 지원으로 수행했다.
김원정 기자 sanup20@kidd.co.kr

제조기업 강국이 되는 그날까지, 공장자동화 스마트팩토리에 대한 뉴스를 기획·심층 보도하겠습니다.

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