• 산화물 박막 다이오드 (Thin-film diode, TFD) 및 계면 현상 연구

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산화물 반도체(oxide semiconductor)를 이용한 산화물 박막 트랜지스터(thin-film transistor, TFT)는 고화질, 대면적 유기발광다이오드 디스플레이를 위한 핵심 소자로서, 기존에 존재하지 않았던 신규 소재의 발명 및 개발을 통해 거대 신시장을 창출한 대표적 “돌파형” 연구 주제다. 하지만 산화물 박막 트랜지스터와 더불어 전자산업의 기본 소자가 될 산화물 박막 다이오드(thin-film diode, TFD)는 p형 산화물 반도체 제작의 어려움 및 p/n 접합 공핍층 제어 한계를 이유로, 아직까지 낮은 정류비와 불안정한 정류 특성을 보인다.

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이러한 제작 및 특성 한계에도 불구, 산화물 박막 다이오드는 투명하면서 얇고 유연한 미래 전자제품에 반드시 적용될 기본 소자이므로, 우수한 특성을 지닌 산화물 박막 다이오드는 거대 신시장 창출을 위한 원천 기술을 확보할 수 있는 “돌파형” 연구 주제로서 발명 및 개발의 필요성이 매우 큰 상황이다. 최근 산화물 박막 다이오드 연구팀은 다양한 고품위 절연체(수십-수백 나노미터 두께의 Al2O3, SiO2, Si3N4, Ta2O5, HfO2 등) 박막들과 산화물 반도체(수-수십 나노미터 두께의 ZnO) 박막을 접합시킨 후, 박막에 수직으로 전계를 가했을 때, 특정 조건 하에서 절연체 내에 전하가 손쉽게 이동 가능하되, 한쪽 방향으로만 전하가 흐른다는 사실을 최초로 보고하였다. (Nature Communications, 6, 6785, (2015)) 또한 본 연구팀은 개발한 소자는 지금까지 발표된 산화물 기반 박막 다이오드 대비 1000배 이상 우수한 정류비를 보이면서도, 뛰어난 전기적 안정성을 지니는 동시에, 수백 나노미터 이상의 두꺼운 절연체를 전하가 손쉽게 이동할 수 있다는 새로운 개념까지 제시했다는 점에서 산업적, 학문적으로 우수한 연구 가치를 지닌다고 여겨진다.

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본 연구진은 산화물 박막 다이오드의 특이적 전하 거동 연구를 심화시키는 동시에, 본 연구팀의 소자를 각종 센서와 회로에 실제 적용하는 실험을 진행 중이다.