쉽게 말거나 접을 수 있는 IGZO 트랜지스터 개발

(광주=뉴스1) 김한식 기자 = GIST(광주과학기술원·총장 문승현)는 정건영 신소재공학부 교수팀이 휨 정도를 나타내는 곡률반경 1.5㎜ 이하로 1000번 이상 휘어져도 작동하는 무기물 기반 트랜지스터를 개발하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

이번 연구성과로 돌돌 말거나 접을 수 있는 스마트 전자기기의 상용화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀에 따르면, 기존 유연 트랜지스터 채널 물질로는 잘 휘어질 수 있는 반도체 고분자 물질이 많이 이용된다. 하지만 전자이동도가 낮아 고성능 전자소자에 이용하기 어렵다.

정 교수팀은 새로운 폴리머 게이트 유전물질 위에 전자 이동도가 높은 비정질 인듐(In)·갈륨(Ga)·산화아연(ZnO)물질인 이그조(IGZO) 금속 산화물 채널로 구성된 유연한 무기물 기반 트랜지스터를 제작하는 데 성공했다.

기존에 게이트 유전물질로 많이 쓰이는 폴리메타크릴산 메틸(PMMA) 위에 증착된 이그조 박막은 열처리 이후 표면이 갈라지거나 주름이 생기는 현상이 발생했다.

하지만 연구팀은 폴리머 게이트 유전물질로 열적 안정성이 매우 우수한 SA7을 사용, 그 위에 이그조 박막을 증착 후 열처리 시 갈라짐과 주름이 없는 박막을 제작하는 데 성공할 수 있었다.

특히 1.5㎜의 곡률반경으로 굽혔을 때 이그조 채널에 형성된 나노 주름들이 박막을 다시 펼칠 때는 사라지는 복원력을 보여줬다. 이렇게 개발된 이그조 박막 트랜지스터(TFT)는 전자이동도 15.64㎝2/Vs, 문턱전압 6.4V, 온오프 전류비 4.5×105의 소자 특성을 나타냈다.

또 곡률반경 1.5㎜에서 1000회 이상의 굽힘 실험 후에도 소자의 특성 저하가 거의 발생하지 않았다. 이는 굽힘 변형률 3.33%에 해당하며 기존에 보고된 유연 이그조 트랜지스터의 최대 굽힘 변형률 1.5%를 크게 상회하는 결과이다.

정 교수는 "이번에 개발한 IGZO 트랜지스터는 굽히거나 접을 수 있는 차세대 전자기기에 적용할 수 있는 가능성을 제시했다"며 "향후 고무줄처럼 잡아당긴 후 본래의 크기로 되돌아가더라도 작동 가능한 신축성 있는 IGZO 트랜지스터를 개발할 계획"이라고 말했다.

정 교수가 주도하고 GIST 박사과정의 요긴스 쿠마레산씨(인도)가 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 파이오니어 사업과 GIST 연구원(GRI)의 지원을 받아 이뤄졌다. 네이처 자매지인 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 23일자에 게재됐다.

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