서울대 한승우 교수 연구팀이 투명반도체 소자의 성능을 획기적으로 높여 줄 신소재 선별기술을 양자계산을 통해 개발했다고 한국연구재단이 25일 밝혔다.

투명하면서도 전기를 잘 통하는 물질인 투명 산화물 반도체는 태양전지, 투명 디스플레이, 터치패널 등에서 널리 이용된다. SF영화처럼 투명한 유리 위에서 뉴스 영상 등 각종 정보를 펼쳐 보이는 디스플레이 기술도 이미 나왔다. 투명반도체의 성능을 더 끌어올린다면 발광소자, 태양광 발전, 터치패널 등 다양한 분야에서 비약적인 기술 발전이 기대된다.

하지만 기존 투명반도체는 소재가 가진 물성의 한계 때문에 상용화에 제약이 따른다. 특히 반도체 소자의 성능을 극대화 하려면 n형 반도체와 p형 반도체 두 가지 물질의 성능이 모두 높아야 하는데, 지금까지 알려진 p형 반도체 소재는 대체로 성능이 낮다.

연구팀은 컴퓨터 계산 만으로 뛰어난 p형 반도체 물질을 선별해 낼 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다. 또 이 기술을 적용해 CuLiO(구리리튬산화물), La2O2Te(란타넘옥시텔루라이드) 등 투명하면서도 전기전도도가 뛰어난 p형 반도체 후보군을 새롭게 발굴하는 성과도 거뒀다.

'n형 반도체는 전하 운반자 역할을 하는 전자의 수가 양공의 수에 비해서 훨씬 많으며, p형 반도체는 전하 운반자 역할을 하는 양공의 수가 전자의 수에 비해 훨씬 많다.'(한국물리학회 '물리학백과')

p형 반도체 물질 선별에서 핵심 기술은 물질의 전기전도도를 정확하게 예측하는 것이다. 연구팀은 물질 내 수소 불순물 에너지를 이용해 높은 정확도를 이뤄냈다. 이는 기존 연구들이 해내지 못한 것이다.

한 교수는 이번 연구 결과에 대해 "신물질 선별을 실험으로 규명하기에는 큰 비용이 소요되어 불가능하다고 여겨졌으나 앞으로 훨씬 짧은 시일 내 효과적으로 찾아낼 수 있게 되었다"라며 "연구를 통해 선별된 새로운 p형 반도체를 통해 고성능 투명 전자기기의 산업화를 앞당길 수 있을 것"이라고 의미를 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업의 지원으로 진행됐으며, 연구 성과를 담은 논문(논문명 : Computational discovery of p-type transparent oxide semiconductors using hydrogen descriptor)은 국제학술지 '엔피제이 컴퓨테이셔널 머터리얼즈(npj Computational Materials)' 4월 3일자에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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