"산소압력만 바꿨을 뿐인데" 한밭대, 차세대 반도체 결함 줄였다

김정환 교수팀, 산소압력 정밀 제어로 산화물 반도체 결함 감소 및 소자 특성 개선

국립한밭대학교는 최근 김정환 신소재공학과 교수 연구팀이 급속열처리 공정 중 산소압력을 정밀하게 제어해 차세대 디스플레이와 3차원 메모리 등에 활용되는 산화물 반도체의 결함을 효과적으로 감소시키고 소자 성능을 높일 수 있음을 규명했다고 15일 밝혔다.

김 교수팀은 새로운 소재 도입이나 추가 공정 없이 열처리 공정에서 산소압력 제어만으로 산화물 반도체 소자의 성능을 향상하는 공정 최적화 방안을 제시했다.

산화물 반도체는 미래 반도체 기술의 핵심 소재로 주목받으나 정밀한 결함 제어가 필수적이다. 기존 연구는 주로 열처리 온도나 분위기 가스 조성 변화에 초점을 맞춰 동일한 산소 분위기에서 산소압력에 따른 박막 품질 및 소자 특성 변화는 충분히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 원자층증착 공정으로 제작한 산화아연 박막트랜지스터를 대상으로 연구를 진행했다. 급속열처리 공정에서 산소압력을 핵심 공정 변수로 설정하고 박막 특성과 소자 성능에 미치는 영향을 분석했다. 그 결과 산소압력 제어만으로 박막 내 결함을 줄이고 전하 이동 특성을 향상할 수 있음을 확인했다.

김 교수는 "산소압력 제어만으로 반도체의 특성과 소자 성능을 개선할 수 있음을 입증했다"며 "차세대 디스플레이와 3차원 메모리 등 다양한 산화물 반도체 기반 소자의 공정 최적화와 생산성 향상에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구에는 하지훈 응용소재공학과 석사과정이 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 'Oxygen-Pressure-Controlled Rapid Thermal Annealing for Defect Modulation and Performance Optimization in ALD ZnO Thin-Film Transistors'라는 제목으로 재료과학 및 코팅·박막 분야 국제학술지 'Applied Surface Science'(IF=6.9, JCI 97.9%) 온라인판에 게재됐다.