"우수 투명반도체 소재, 컴퓨터로 찾아낸다"
"우수 투명반도체 소재, 컴퓨터로 찾아낸다"
서울대 한승우 교수팀, 신소재 선별 기술 양자계산 통해 개발
  • 김성현 기자
  • 승인 2018.04.23 17:58
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p형 반도체 및 n형 반도체 물질들의 수소 불순물 형성에너지와 전공 유효질량.[사진=한국연구재단 제공]
p형 반도체 및 n형 반도체 물질들의 수소 불순물 형성에너지와 전공 유효질량.[사진=한국연구재단 제공]

[충남일보 김성현 기자] 수많은 실험으로도 찾지 못했던 우수한 투명반도체 소재를 컴퓨터 계산을 통해 발굴해낼 수 있게 됐다. 

한국연구재단은 한승우 교수(서울대학교) 연구팀이 투명반도체 소자의 성능을 획기적으로 높여줄 신소재 선별기술을 양자계산을 통해 개발했다고 한국연구재단은 23일 밝혔다.

투명하면서도 높은 전도성을 가지는 물질인 투명 반도체는 태양전지, 투명디스플레이, 터치패널 등과 같이 가시광선의 투과성이 요구되는 전자소자에 이용되고 있다. 

투명 반도체는 n형 반도체와 p형 반도체로 나뉘는데 n형 투명 산화물반도체는 이미 상업적으로 이용될 정도로 높은 특성을 가지고 있다. 

반면 p형 산화물 반도체는 일반적으로 양공의 이동도가 낮고 양공 형성을 억제하는 결함들이 쉽게 존재하는 산화물의 내재적 특성으로 인해 우수한 성능의 소재를 찾기 위한 노력에도 불구하고 그 수가 제한적이며 동시에 n형 산화물에 비해 낮은 성능을 보인다.

하지만 우수한 성능의 전자소자를 만들기 위해서는 n형 산화물뿐만 아니라 그에 비견되는 성능을 가진 p형 산화물을 복합적으로 사용하는 것이 필수적이므로 새로운 p형 산화물 반도체를 찾는 것은 매우 중요하다.

이에 연구팀은 컴퓨터 계산만으로 우수한 p형 반도체 물질을 선별할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다. 

또 이를 적용해 수많은 물질을 신속하게 스크리닝했고 CuLiO, La2O2Te 등 투명하면서도 전기전도도가 우수한 p형 반도체 후보군을 새롭게 발굴했다.

p형 반도체 물질 선별에서 핵심적인 기술은 물질의 전기전도도를 정확하게 예측하는 것이다. 연구팀은 물질 내 수소 불순물 에너지를 이용해 기존 연구들과 차별화된 높은 정확도를 선보였다.

한승우 교수는 “신물질 선별을 실험으로 규명하기에는 막대한 비용이 소요되어 불가능하다고 여겨졌으나, 앞으로 훨씬 짧은 시일 내에 효과적으로 찾아낼 수 있게 됐다”라며 “연구를 통해 선별된 새로운 p형 반도체를 통해 고성능 투명 전자기기의 산업화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편 이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행됐으며 네이처 파트너쉽 저널인 엔피제이 컴퓨테이셔널 머터리얼즈(npj Computational Materials) 4월 3일 논문으로 게재됐다. 


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