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[IT뉴스]UNIST, 산화물 반도체 결함 원리 규명… “원자 밀도보다 거리가 문제”

온카뱅크관리자

2026-07-19 14:07:29

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="0pLXqVKpgZ">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="e898f868b9e414deb79ed84333ef943dbea0c8732e9d4a164117642f7351b85f" dmcf-pid="poHMArEoAX" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="산화물 반도체에 압축·인장 변형과 열처리를 적용했을 때 산소 빈자리의 전자 상태가 변하는 과정을 나타낸 그림./UNIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/19/chosunbiz/20260719140109502sfjy.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="39iG79B3A5" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/19/chosunbiz/20260719140109502sfjy.jpg" width="658"></p>
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            산화물 반도체에 압축·인장 변형과 열처리를 적용했을 때 산소 빈자리의 전자 상태가 변하는 과정을 나타낸 그림./UNIST
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          <p contents-hash="7d63c257e205446911041abb19e811985ddabe9b98208187e452aabb0542811c" dmcf-pid="UgXRcmDgoH" dmcf-ptype="general">국내 연구진이 스마트폰과 TV 디스플레이에 쓰이는 산화물 반도체의 성능을 떨어뜨리는 산소 빈자리 결함의 작동 원리를 규명했다. 반도체 전체의 원자 밀도가 아니라 결함 주변 금속 원자 사이 거리가 결함의 전기적 성질을 결정한다는 것이다.</p>
          <p contents-hash="f8717cdeaf3908f3cf19d2a89d0b89618ff5ace7ddf44fea3770375bf95ac1e9" dmcf-pid="uaZekswajG" dmcf-ptype="general">울산과학기술원(UNIST)은 정창욱 반도체소재·부품대학원 교수 연구팀이 이 같은 사실을 이론 계산으로 입증했다고 19일 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="6b1c359ccc9122f1b4636e962b2301ae190d00c24fa55d76847096e235fdd3d8" dmcf-pid="7N5dEOrNgY" dmcf-ptype="general">인듐·갈륨·아연 산화물(IGZO)은 낮은 온도에서 얇은 막으로 만들기 쉬워 스마트폰과 TV 화면을 구동하는 박막트랜지스터(TFT)의 반도체 소재로 사용된다. 다만 제조 과정에서 산소 원자가 있어야 할 자리가 비는 결함이 생기면 전류 흐름과 작동 전압이 바뀌어 소자 성능이 불안정해질 수 있다.</p>
          <p contents-hash="6b4092535b1eabc51b35b9068e6019e6ad84ce092f5ecd78c2f7c434b8034f87" dmcf-pid="zj1JDImjAW" dmcf-ptype="general">산소가 빠진 자리에는 전자 두 개가 남는다. 이 전자가 결함 주변에 갇히는지, 박막 전체로 퍼지는지에 따라 소자의 문턱 전압과 전기적 특성이 달라진다. 연구팀은 산소 빈자리 주변의 특정 금속 원자 사이가 가까워지면 전자가 결함 주변에 갇히고, 거리가 멀어지면 전자가 박막 전체로 퍼진다는 사실을 확인했다. 결함에 남은 전자가 위치하는 에너지인 ‘결함 준위’가 낮고 깊을수록 전자가 빈자리에 강하게 붙잡혀 빠져나오기 어려워진다.</p>
          <p contents-hash="6e08df390931cbd59dba9a1236483c0452b27205d291898d1af25f0dfa5b82a6" dmcf-pid="qAtiwCsAoy" dmcf-ptype="general">이번 연구는 열처리와 압축이 산화물 반도체에 미치는 상반된 영향도 설명한다. 기존에는 열처리로 전체 원자 밀도가 높아지면 결함에 갇힌 전자가 퍼진다고 봤지만, 박막을 압축해 밀도가 높아질 경우에는 전자가 오히려 결함 주변에 갇히는 현상이 관찰됐다.</p>
          <p contents-hash="6fe40a74e7fb49a6b8f1c62c88c5a4022f694f1c52bafcafe61ceb27c22cb2da" dmcf-pid="BcFnrhOcaT" dmcf-ptype="general">연구팀은 전체 밀도보다 결함 주변의 원자 배열이 중요하다고 분석했다. 열처리와 박막을 잡아당기는 인장 응력은 특정 금속 원자 사이를 벌려 결함 준위를 높이고, 전자가 박막 전체로 퍼지기 쉬운 상태를 만든다. 반대로 압축으로 원자 사이가 가까워지면 전자가 결함 주변에 갇힐 수 있다.</p>
          <p contents-hash="c71dd9bdb32a1e298576fae4208861f9d0e3022c8beeacb7916d52e9659d3112" dmcf-pid="bk3LmlIkav" dmcf-ptype="general">연구팀은 원자와 전자의 상태를 계산하는 밀도범함수이론과 구성좌표 분석, 원자 움직임을 시간에 따라 재현하는 제일원리 분자동역학 시뮬레이션을 활용했다. 정 교수는 “산소 빈자리 결함은 산화물 반도체에서 피하기 어려운 결함이지만, 결함의 전기적 역할을 공정 조건으로 조절할 수 있음을 입증했다”며 “열처리 조건이나 박막에 걸리는 응력을 설계하면 문턱 전압과 전류의 온·오프 특성, 신뢰성을 함께 제어하는 데 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="04542c1fb289d6b452c085e7a6eb82a5b8102fe3d4cdcf395edf4c761cc486dd" dmcf-pid="KE0osSCENS" dmcf-ptype="general">연구 결과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 국제 학술지 ‘케미스트리 오브 머티리얼즈(Chemistry of Materials)’에 지난달 23일 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="96c8dcbc61429304d49ea86fa92ba9523847ccc6e026b71bdd8744ced23072c2" dmcf-pid="9DpgOvhDal" dmcf-ptype="general">- Copyright ⓒ 조선비즈 &amp; Chosun.com -</p>
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