'하나의 층으로 두 역할'… 반도체 제조 비용 대폭 낮춘다
서울시립대·동아대 연구팀, 공정 단순화한 차세대 양극성 반도체 개발
접히는 디스플레이·웨어러블 기기 생산 단가 절감 기대
[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 반도체 제조 공정을 대폭 줄여 생산 비용을 절감할 수 있는 차세대 반도체 핵심 기술을 개발했다. 복잡했던 기존 제조 방식을 단순화함으로써 향후 구부러지는 디스플레이나 착용형(웨어러블) 기기의 상용화 시기를 앞당길 것으로 기대된다.
서울시립대학교는 전자전기컴퓨터공학부 김혁 교수와 동아대학교 반도체학과 이용주 교수 공동 연구팀이 하나의 혼합 반도체층으로 두 가지 동작(P형·N형)을 모두 수행하는 '양극성 박막트랜지스터'를 개발하는 데 성공했다고 19일 밝혔다.
기존 반도체 회로를 만들 때는 전자를 이동시키는 N형 반도체와 정공을 이동시키는 P형 반도체를 각각 따로 형성해야 했다. 이로 인해 들어가는 소재 종류가 많아지고 제조 단계가 복잡해져 생산 비용이 높아지는 한계가 있었다.
연구팀은 서로 다른 두 가지 유기 반도체 소재를 하나로 섞은 '단일 혼합층'을 만들어 이 문제를 해결했다. 하나의 반도체층에서 두 가지 역할이 모두 가능하도록 만든 것이다. 특히 반도체층뿐만 아니라 내부 절연층까지 액체 상태의 용액을 바르는 '용액공정' 방식으로 제작해, 넓은 면적의 반도체를 저렴하게 만들 수 있는 기반을 마련했다.
연구팀은 두 소재의 혼합 비율을 최적화해 전자와 정공이 균형 있게 이동하도록 설계했으며, 기존 대비 뛰어난 회로 성능을 확보했다고 설명했다.
김혁 서울시립대 교수는 "이번 연구는 기존처럼 P형과 N형 반도체를 각각 제조하지 않고도 하나의 혼합 유기반도체층으로 두 가지 동작을 모두 구현하고, 이를 실제 고성능 논리회로까지 확장할 수 있음을 보여준 연구"라며, "향후 공정 단순화와 저비용·대면적 제조가 요구되는 유연전자 및 인쇄전자 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '스몰(Small)'에 게재됐으며, 과학기술정보통신부·한국연구재단과 산업통상자원부·한국산업기술기획평가원의 지원을 받아 수행됐다.
[email protected] 김만기 기자
