국민대학교 신소재공학과 대학원생 김채원 박사과정 14학번(플렉서블 전자재료 실험실: 지도교수 이미정) 학생이 sol-gel 방법을 이용하여 증착한 산화물 반도체 트랜지스터를 제작하였으며, 트랜지스터의 소스 (source)와 드레인 (drain) 전극의 silver nanowires (Ag NWs)와 indium tin oxide nanoparticles (ITO-NPs)를 이용하여 형성하여 ITO-NPs가 IGZO 트랜지스터 특성에 미치는 영향을 연구하여 발표하였다. 발표 제목은  'Hybrid eleectrodes with silver nanowires and indium tin oxide nanoparticles (ITO-NPs) for improved charge injection in solution-processed indium gallium zinc oxide (IGZO) thin-film transistors (TFTs)'이며 2017 나노코리아 심포지엄에서 Best poster awards에 선정되었다. 

나노코리아 심포지엄은 국내외 나노기술 소개 및 최신 연구성과 교류와 확산을 위해 2003년부터 개최되어 15주년을 맞이하는 나노기술분야의 국제심포지엄이며, 심포지엄에는 학계, 연구소, 산업체, 정ㆍ관계인사 및 일반인까지 20여개국에서 2,000여명이 참여하고 있다. 특히, 이번 2017년에는 세계적인 석학들의 기조 및 주제 강연과 8개의 전문기술세션, 일반인과 청소년이 무료로 참여할 수 있는 일반세션과 다양한 협력세션 등으로 구성 되었다.

최근 산화물 반도체는 sol-gel 방법으로 증착이 가능하며, 높은 투과도, 높은 이동도, 그리고 낮은 공정 온도로 투명 소자 및 유연 소자에 적용시키기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다. 이번 연구에서는 보다 높은 투과도를 가지는 투명 소자 제작을 위해 반도체층 뿐만 아니라 소스와 드레인 부분까지 투명한 소자를 제작하였다. 또한, 소스와 드레인을 형성할 때 기존에 사용되던 진공 열 증착법이 아닌 용액 공정중 하나인 스핀 코팅 방법을 이용하였다. 용액 공정은 공정 비용이 저렴하고, 넓은 면적에 코팅이 가능하여 열 증착법과 비교했을 때 큰 이점을 가질 수 있다. 이번 연구에서 IGZO 트랜지스터의 소스와 드레인은 A, I/A, A/I. 그리고 I/A/I의 4가지 구조로 제작되었으며(A: AgNWs, I: ITO-NPs), 적층된 구조는 transmission electron microscopy (TEM)을 이용하여 확인되었다. 소자를 제작한 후에는 전기적 특성 및 접촉 저항을 확인하여 각 구조에서의 특성을 비교하였다.

ITO-NPs가 Ag NWs 위/아래에 삽입되면서 IGZO 트랜지스터의 전기 이동도가 증가하였으며, 전기 이동도와 반비례하여 접촉 저항이 감소한 것을 확인할 수 있었다. 접촉 저항은 트랜지스터의 특성을 좌우하는 중요한 요소이며 접촉 저항이 낮으면 반도체층과 소스, 드레인전극 사이의 energy barrier를 낮추어 charge injection이 향상되어, 소자의 특성을 향상시키는데 기여한다. I/A/I 전극 구조에서 가장 좋은 특성이 확인되었으며, 전기 이동도 값은 1.66 cm^2/Vs로 계산되었다. 이 때, 접촉저항은 2x10^5 ohm으로 확인되었다. Ag NWs 전극과 비교하여, 전기 이동도는 약 425배 증가한 값이며 접촉저항은 1/480로 감소한 수치이다. 이번 연구결과는 산화물 반도체가 투명 유연소자에 적용에 기여할 것으로 생각된다.

본 연구는 전자부품연구원 (KETI)의 홍성제 박사팀과 성균관대학교 김영훈 교수팀과의 공동연구로 수행되었으며, 한국연구재단의 중견연구자지원사업에 의해 지원받아 진행되었다.