전북대학교 배학열 교수팀은 홍익대, 미국 미네소타대 연구진과 공동으로 우주 등 극한 환경에서 안정적으로 구동하는 초광대역갭(UWBG) 페로브스카이트 산화물 기반 고내구성 반도체 소자를 개발했다.
전북대학교 배학열 교수팀은 홍익대, 미국 미네소타대 연구진과 공동으로 우주 등 극한 환경에서 안정적으로 구동하는 초광대역갭(UWBG) 페로브스카이트 산화물 기반 고내구성 반도체 소자를 개발했다.
연구 결과는 재료과학 분야 상위급 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 최신호에 게재됐다.
초광대역갭 소재인 스트론튬 주석 산화물(SrSnO3)은 약 4.3eV의 넓은 밴드갭을 지녀 고전압·고온 환경용 차세대 트랜지스터 소재로 주목받아 왔다.
하지만 특유의 구조적 유연성 탓에 격자 왜곡 및 이온성 결함이 쉽게 발생하는 치명적 한계가 존재했다.
연구진은 스트론튬 자리를 란타넘(La)으로 일부 치환하는 도핑 기법을 적용해 이 문제를 해결했다.
전자 농도를 정밀하게 제어해 소자의 구동 안정성을 대폭 끌어올린 것이다.
그 결과, 새롭게 개발된 트랜지스터는 전류 점멸비(On/Off 비율) 1000억 배(10^11) 이상을 기록하며 페로브스카이트 기반 소자 중 세계 최고 수준의 성능을 입증했다.
동시에 연구진은 광전기적 비파괴 검사를 통해 반도체 수명과 직결되는 결함 준위의 형성 원리를 소자 단위에서 세계 최초로 규명해 냈다.
이로써 기존 태양전지 등 광전자 분야에 국한됐던 페로브스카이트 소재를 고집적·고신뢰성 차세대 전력 반도체로 확장할 수 있는 기술적 토대가 마련됐다.
배학열 교수는 “소자 성능의 고도화는 물론 장기 신뢰성을 저해하는 결함 원인까지 명확히 밝혀낸 것에 의의가 있다”며 “향후 항공우주 및 국방용 전자시스템을 위한 반도체 기술 발전과 전문 인력 양성에 주력하겠다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 나노소재기술개발사업 등의 지원으로 수행됐다.
댓글
0