[한스경제=김정연 기자] 한국전자통신연구원(ETRI)은 차세대 고해상도 디스플레이에 적용할 수 있는 p형 반도체 소재와 이를 이용한 박막 트랜지스터를 개발했다고 23일 밝혔다. 디스플레이가 1초에 보여줄 수 있는 장면의 수인 주사율을 늘리고 반도체 소자의 소비전력을 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

ETRI 연구팀은 텔레륨(Te) 기반 칼코지나이드계 p형 반도체 소재로 공정이 단순한 상온증착 p형 셀레늄-텔레늄(Se-Te) 합금 트랜지스터를 개발했다.

또한 n형 산화물 반도체와 p형 Te의 이종접합 구조에서 Te 박막의 전하 주입을 제어해 n형 트랜지스터의 문턱전압을 조절하는 기술도 확보했다. 문턱전압은 전류가 흐르지 않는 상태에서 전류가 흐르는 상태로 반전되는 시점의 전압을 말한다.

반도체는 도핑 여부에 따라 불순물을 첨가하지 않은 순수한 상태의 진성반도체와 불순물반도체로 구분된다. 반도체에 흔히 사용되는 순수한 실리콘은 전자가 움직일 수 없어 전압을 걸어도 전류가 흐르지 않는다.

불순물을 첨가하는 도핑 공정을 통해 반도체의 전기전도도를 조절하는데, 주입하는 불순물에 따라 전자가 많은 n형 반도체와 정공이 많은 p형 반도체로 나뉜다.

현재 디스플레이 분야에 주로 쓰이는 소재는 인듐갈륨아연산화물(IGZO) 기반 n형 산화물 반도체다. p형 산화물 반도체는 전기적 특성을 확보하기 위해 저온 다결정실리콘 산화물을 쓰고 있는데, 비용이 많이 들고 기판 크기에 제약이 있다는 한계가 있다.

최근 고해상도 디스플레이 분야에서 240㎐ 이상의 주사율을 구현할 수 있는 p형 반도체에 대한 관심이 높아지고 있다. 기존 n형 반도체 기반 트랜지스터만으로는 높은 주사율을 갖는 디스플레이 구현에 한계가 있어 n형 특성에 뒤지지 않는 p형 반도체에 대한 수요가 커지고 있는 것이다.

이에 연구팀은 기존 Te에 Se을 첨가해 채널층의 결정화 온도를 높여 비정질 박막을 증착한 후 결정화해 p형 반도체를 개발했다. 이 기술로 이동도의 개선과 기존 트랜지스터 대비 높은 온·오프라인 전류비 특성을 확보했다.

특히 이종접합 구조를 통해 기존 p형 반도체의 낮은 이동도 문제를 개선하고 안정성을 높였다.

이 기술을 활용하면 고해상도와 저소비전력을 동시에 만족시키는 차세대 디스플레이 제작이 가능하며, 디스플레이뿐만 아니라 반도체 산업에서도 활용도가 높다. 연구팀은 Te 기반의 p형 반도체를 6인치 이상의 대면적 기판에서 최적화하고 다양한 회로에 적용해 상용화 가능성을 확보한 후 다양한 응용분야에 적용할 계획이다.

조성행 ETRI 플렉시블전자소자연구실 책임연구원은 “유기발광다이오드(OLED) TV와 확장현실(XR) 기기 등 차세대 디스플레이 분야와 초저전력 상보형금속산화 반도체(CMOS) 회로 및 D램 메모리 연구 등에 폭넓게 활용될 수 있는 중요한 성과”라고 말했다.

김정연 기자 straight30@sporbiz.co.kr