투명 디스플레이 스위치 소자 안정화 기술 개발

주병권 교수팀, 나노필터로 유해 파장 빛 차단

주병권 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 투명 디스플레이 스위치 소자 안정화를 위한 핵심기술을 개발했다.

미래창조과학부는 주병권 고려대학교 전기전자공학부 교수 연구팀이 최경철 KAIST 전기및전자공학과 교수 연구팀과 공동으로 투명 반도체 스위치 소자로 각광받는 비정질 금속-산화물 반도체의 안정성을 높일 수 있는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

이를 연구진에 의해 과거 개발된 투명 OLED의 효율 향상 기술과 접목하면 고효율에 안정성을 확보한 차세대 투명 디스플레이 개발에 기여할 것으로 기대된다.

비정질 금속-산화물 반도체는 원자들이 무작위로 배열된 비정질 구조인데도 기존 비정질 실리콘 반도체보다 높은 전자이동도와 가시광 영역에서의 높은 투과율로 차세대 디스플레이의 스위칭 소자를 위한 소재로 주목받고 있다.

이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업 지원을 받아 수행했고 연구결과는 첨단신소재 분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스지 지난달 17일자 온라인판에 게재됐다.

비정질 금속-산화물 반도체는 높은 전자이동도와 기존 공정과의 유사성으로 차세대 디스플레이 소자의 핵심소재로 주목받지만 빛과 전기적 스트레스에 취약해 응용에 한계가 있었다.

외부 빛 등에 반응해 반도체 내부에서 자유전자 생성 등이 발생해 특성이 변해버리는 것이 문제였다.

이를 극복하기 위한 기존의 산소 플라즈마 처리 방식은 안정성 확보가 아직 미흡한 상황이고 금속 차단막 적용 방식은 투과도가 손실되는 한계가 있었다.

연구팀은 지난해 3월 발표한 연구성과인 표면 플라즈몬을 이용한 디스플레이 컬러필터를 활용해 반도체 소자에 영향을 주는 파장 대역인 470nm 이하를 차단하고 그 외 파장대역은 투과시키는 방식으로 소자특성 변화를 막아 광-전압 신뢰성을 높여 안정성을 향상시켰다.

표면 플라즈몬은 금속 나노입자 표면의 전자가 특정 광원에 반응해 공명하는 것으로 일정 반경 내의 빛의 움직임에 영향을 미친다.

백색광과 -10V 전압 환경 안에서 소자가 장시간 스트레스를 받았는에도 필터가 없는 경우와 비교했을 때 문턱전압 변화가 3분의 1 이하로 줄어들었고 빛을 차단하면 스트레스를 받기 전의 상태로 거의 회복되는 안정성을 나타냈다.

비정질 금속-산화물 반도체는 기존 비정질 실리콘(a-Si) 대비 높은 이동도를 갖고 투명한 장점이 있어,실내외 다양한 환경에서 안정적으로 구동하는 투명 디스플레이 개발로 이어질 것으로 기대되고 비교적 쉬운 방법으로 제작가능해 사업화도 어렵지 않을 것으로 연구진은 예상하고 있다.

이번 연구는 연구진이 이미 발표한 고효율의 디스플레이 컬러필터 및 투명 OLED 기술과 결합하면 가까운 미래에 차세대 투명 디스플레이 개발로 평범한 유리창에서도 TV를 시청할 수 있을 것으로 기대된다.

플라즈모닉 필터가 집적된 비정질 금속-산화물 반도체 트랜지스터 구조, 기판의 하단에 집적한 플라즈모닉 필터에서 소자에 영향을 주는 파장대의 빛을 차단해 소자의 특성열화를 억제할 수 있다