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

  한편, 이번 연구는 하태준 교수 연구팀 단독 연구로 수행되었으며 교내 대학혁신 미래도전 사업으로 하 교수가 연구소장으로 있는 인터렉티브 디스플레이 중점연구센터에서 얻은 성과이다. 또한산업통상자원부가 주관하는 탄소중립 산업핵심기술개발사업 지원으로 수행되었으며 삼성 디스플레이를 수요기업으로2023년부터2030년까지8년간 수행되는 이 사업에서 하태준 교수 연구팀은 산화물 반도체 트랜지스터 소자 및 공정 개발을 담당하고 있다. 하태준 교수 연구팀은 첨단 반도체 재료를 기반으로 차세대 전자 소자에 대한 폭넓은 연구를 진행하고 있으며, 산화물 반도체 등을 기반으로 60여 편의 SCI 저널 게재 및 30여 건의 국제/국내 특허 실적을 가지고 있다. 또한 제1저자인 김은하 학생은 석박사 통합과정 1학기 만에 최상위 국제 학술지에 논문을 게재하는 성과를 냈다.   출처 : 광운대학교 최신연구성과 (kw.ac.kr)