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[Technical News]투명반도체 소재, 양자계산으로 선별

트랜드 | 김진성 기자 | 입력 2018.05.31

[Technical News]투명반도체 소재, 양자계산으로 선별 - 다아라매거진 기술뉴스
잘 알려진 p형 반도체 및 n형 반도체 물질들의 수소 불순물 형성에너지와 전공 유효질량



그동안 투명반도체 소재를 찾기 위해 다양한 시도가 이뤄졌으나, 이렇다 할 결과물을 찾지 못한 것이 국내 과학계의 숙제였다. 그러나 우수한 투명반도체 소재를 실험이 아닌 컴퓨터를 이용한 계산을 통해 찾아내는 방법이 개발됐다.

한국연구재단은 한승우 교수(서울대학교) 연구팀이 투명반도체 소자의 성능을 획기적으로 높여줄 신소재 선별기술을 양자계산을 통해 개발했다고 최근 발표했다.

투명반도체는 스마트 기기의 터치 패널, 광고용 투명 디스플레이 등 실생활에 많이 활용되고 있다. SF영화처럼, 평범한 유리 위에서 뉴스 영상과 정보 글을 볼 수 있는 기술도 이미 현실화되고 있다. 투명반도체 성능이 향상되면 발광소자, 태양광발전, 터치패널 등 보다 다양한 분야에서 비약적인 발전이 기대된다.

하지만 기존 투명반도체는 소재가 가진 물성의 한계 때문에 폭넓은 분야에서 상용화되는 데에 제약이 있다.

특히 반도체 소자의 성능을 극대화하기 위해서는 n형 반도체와 p형 반도체, 두 가지 물질의 성능이 모두 높아야 하는데, 지금까지 알려진 p형 반도체 소재는 대체로 낮은 성능을 나타낸다.

연구팀은 컴퓨터 계산만으로 우수한 p형 반도체 물질을 선별할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다. 또한 이를 적용해 수많은 물질을 신속하게 스크리닝했고, CuLiO, La2O2Te 등 투명하면서도 전기전도도가 우수한 p형 반도체 후보군을 새롭게 발굴했다.

p형 반도체 물질 선별에서 핵심적인 기술은 물질의 전기전도도를 정확하게 예측하는 것이다. 연구팀은 물질 내 수소 불순물 에너지를 이용해, 기존 연구들과 차별화된 높은 정확도를 선보였다.

한승우 교수는 “신물질 선별을 실험으로 규명하기에는 막대한 비용이 소요돼 불가능하다고 여겨졌으나, 앞으로 훨씬 짧은 시일 내에 효과적으로 찾아낼 수 있게 됐다”라며, “연구를 통해 선별된 새로운 p형 반도체를 통해 고성능 투명 전자기기의 산업화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.

덧붙여 한 교수는 “이 연구에서 찾은 신물질이 실용화되면 p형 투명 반도체의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다. 이는 디스플레이, 태양광발전, 발광소자, 터치패널 등 미래의 전자 산업 및 에너지 산업에서 막대한 가치 창출을 이루어낼 수 있을 것으로 투명 반도체 소자에 대한 원천소재기술을 보유하게 되는 것으로, 그간 우수한 p형 투명 반도체 물질의 부재로 인해 어려움을 겪고 있었던 모든 구성요소가 완전히 투명한 반도체 소자의 개발이 앞당겨지게 될 것이다”라며, “이를 위해서는 제안된 물질에 대한 다양한 실험적 검증 및 소자 개발 연구가 뒤따라야 한다”고 말했다.

weekendk@kidd.co.kr

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