하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀, 

히터 내장형 Cd 도핑 IGZO 가시광 포토 트랜지스터 개발

- 광학 기반 재료과학 분야 학술지 Advanced Optical Materials 논문 게재 

(IF: 8.0, JCR ranking 상위 8.0%) -

(좌) 석박사 통합과정 김은하, (우) 하태준 교수

모교 하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀은 가시광선 영역의 반응성을 향상시킨 Cd 도핑 indium-gallium-zinc oxide (IGZO) 포토 트랜지스터를 개발하고, 히터 일체형 구조를 고안하여 포토 트랜지스터의 회복 특성을 효과적으로 개선하는 데 성공하였다. 이번 연구 결과는 Wiley에서 발행하는 광학 기반 재료과학 분야에서 최상위 학술지인 Advanced Optical Materials (IF: 8.0, JCR ranking 상위 8.0%)에 “Heater-Embedded Visible-Light Phototransistor Based on Cd-Doped IGZO Film Fabricated through Microwave-Assisted Sol-Gel Process” 제목으로 게재되었다. (참조: https://doi.org/10.1002/adom.202402171) 최근 산화물 반도체 IGZO는 ultra-violet (UV) 영역에서의 우수한 반응성과 높은 external quantum efficiency(EQE) 등의 장점으로 포토 트랜지스터의 채널층 물질로서 널리 연구되고 있다.

그러나 넓은 밴드갭으로 인한 가시광선 영역에서의 낮은 반응성과 산화물 반도체의 특징인 persistent photoconductivity (PPC) 현상으로 인해 실용적인 가시광 포토 트랜지스터로의 응용이 어렵다는 한계가 있다. 이에 하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀은 IGZO의 밴드갭을 줄이고 산소 공공 형성을 유도할 수 있는 금속 이온Cd을 도핑하여 가시광선 흡수를 용이하게 하였으며, Joule heating을 통해 포토 트랜지스터의 회복 특성을 크게 향상시켰다. 특히 포토 트랜지스터의 게이트 전극과 Joule heating의 기능을 모두 가진 indium-tin oxide (ITO) 기판을 통해 히터와 포토 트랜지스터의 역할을 동시에 수행하는 소자를 구현하는 데 성공하였다. 

제작된 Cd 도핑IGZO 포토 트랜지스터는 기존 IGZO 포토 트랜지스터와 비교하여 가시광선에 대한 반응성이 1.89 A/W에서 22.6 A/W 만큼 향상되었으며, 센싱 성능의 신뢰성을 나타내는 빛의 세기에 따른 광반응의 선형성 또한 우수하게 나타났다. 또한 ITO 기판의 Joule heating 효과로 회복 시간을 약 1,300초에서 12초로 크게 감소시켜 실용적인 산화물 반도체 기반 포토 트랜지스터로의 응용 가능성을 선보였다.

히터 내장형Cd 도핑IGZO 포토 트랜지스터의 가시광선 센싱 성능 및 회복 특성 분석