정재경 한양대 융합전자공학부 교수팀이 기존 디스플레이 반도체 소자에 비하여 생산 원가는 물론 소비전력까지 대폭 낮출 수 있는 ‘산화물 반도체 채널 트랜지스터 소자’를 개발했다고, 한양대가 22일 밝혔다.

아이폰 14 프로, 갤럭시 S23 울트라와 같은 스마트폰 최고사양 모델에는 초고해상도 디스플레이 구현이 가능하면서 소비전력을 획기적으로 감소시킬 수 있는 LTPO(저온 다결정 산화물) OLED 기술이 적용돼 있다.

LTPO는 전자 이동도는 높으나 누설전류가 많은 LTPS(저온 다결정 실리콘)와, 반대로 전자 이동도는 낮지만 누설전류가 적은 IGZO(비정질 산화물)의 두 반도체 채널 공정을 상호 보완하여 결합한 기술이다. 하지만 결합 공정 난이도가 높아 많은 비용이 든다는 단점이 있다.

정 교수팀은 이번 연구를 통해 LTPO와 IGZO의 단점을 동시에 극복할 수 있는 반도체 채널 트랜지스터 소자를 개발했다. 이에 따라 기존의 LTPO공정에서 두 반도체 채널을 결합하던 방식을 단일 채널 방식으로 대체하여 제조공정을 크게 단순화할 수 있게 됐다.

해당 연구팀은 금속 촉매를 효과적으로 사용하여 300도 이하의 저온에서 ‘큐빅 스피넬 결정상 산화물 채널물질’을 성장시켰다. 이를 통해 제작된 스피넬 산화물 트랜지스터 소자는 세계 최고 수준의 전계 이동도(> 80 cm2/Vs)와 매우 우수한 전류 점멸비를 보였다. 동시에 디스플레이 소자 적용에 가장 중요한 전기적 신뢰성 또한 높음을 확인하였다.

정 교수팀의 기술은 디스플레이 트랜지스터 제조비용을 대폭 절감할 수 있을 뿐만 아니라 소비전력 또한 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다. 정 교수는 “향후 최첨단, 저전력, 초고해상도 모바일 디스플레이 산업에 활용이 가능할 것”이라고 전망했다.

이번 연구는 산업통상자원부 산업기술혁신사업 및 삼성디스플레이의 지원을 받아 진행됐으며, 연구결과는 소재분야 세계적인 학술지인 「Small methods, (IF = 15.367)」 에 3월에 발표됐다.

해당 논문은 한양대 융합전자공학과 김광복 연구자(박사과정)이 제1저자로 참여했다.