부도체를 도체로 변형시키는 기술 개발

기사입력 2013.11.26 09:48
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유리 같은 부도체에 전도성 채널을 만들어 전류를 흐르게 하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

사람 눈에 보이는 전자기파 '가시광' 영역(파장: 400-700 nm)부터 파장이 짧은 파장대역(190-400nm)의 전자파 '심자외선' 영역까지 95% 이상의 투과도를 가진 유리 같은 부도체에 효과적으로 전류를 주입하게 될 경우, 이 기술을 활용하면 다양한 디스플레이에 쓰이는 투명전극의 소재로 활용할 수 있다.

   
김태근 고대 전기전자공학부 교수(좌)와 김희동 연구원(우)

김태근 고대 전기전자공학부 교수가 주도하고 김희동 박사과정 연구원(제1저자) 등이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약) 등의 지원으로 수행되었다. 또 이번 연구결과는 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Material)지 11월 11일 온라인판에 게재되었다.

유리 같은 물질은 가시광선뿐만 아니라 자외선에 대해서도 높은 투과특성을 보이는 장점에도 불구하고 전류가 흐르지 않고 반도체 물질과 접촉 시 전류주입이 어려워 전극물질로 고려되지 않았다.

   
전도성 필라멘트 기반 자회선 LED 모식도

연구팀은 전류가 흐르지 않는 유리(SiO2) 같은 산화물 내부에 전도성 채널을 만드는 방식으로 투과도가 높은 유리의 장점을 유지하면서 전류가 통할 수 있도록 하는 투명전극 기술을 개발했다. 투과도가 뛰어나지만 부도체인 유리의 한계를 극복한 것이다.

김태근 교수는“유리의 주성분인 석영(SiO2)과 같이 매장량이 풍부하면서도 전기화학적으로 안정한 물질을 이용해서 가시영역을 넘어 자외선 영역에서까지 활용할 수 있는 투명전극 기술을 개발했다는 데 의의가 있다”고 밝혔다.

   
오믹 접촉 형성방법 비교


가시광 영역에서 널리 사용되는 산화주석(tin oxide)에 인듐(Indium)을 첨가한 투명재료로 가시광 영역에서 90% 이상의 투과도와 높은 전도특성을 가져 각종 디스플레이나 태양전지 등에 쓰이는 광전소자의 투명전극 소재 'ITO' 전극보다 높은 투과도를 가지면서도 전도성이 낮아 전극물질로 쓰이지 못했던 유리 같은 물질도 투명전극 소재로 활용할 수 있게 될 전망이다.

자외선 영역에서 투과도가 떨어지는 ITO 전극의 한계를 극복해 위폐감별, 살균, 수질정화 등에 쓰일 수 있는 자외선 LED 및 센서와 같은 자외선 영역의 신규시장 개척에도 기여할 것으로 기대된다.

핵심은 유리 내부의 산소 또는 질소 결함(vacancy)을 제어해 전류가 흐를 수 있는 채널을 만든 데 있다. 전압차를 이용해 투명전극의 주성분인 유리산화물 내부의 금속원소와 산소 또는 질소간의 결합이 끊어지면서 금속원소 주변으로 생겨나는 채널을 통해 전하가 이동할 수 있게 된 것이다.

   
제안된 산화/질화막 기반의 투명전극 물질 투과도 특성
미래창조과학부 기초연구진흥과 최도영 과장은 "이번에 개발된 유리 투명전극은 가시광 영역뿐만 아니라 자외선 영역에서도 95% 이상의 높은 투과특성이 나타났다"며 "유리 투명전극이 개발되면 가시광 LED, OLED, 태양전지, LCD 패널 등 고체조명 및 디스플레이 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것"이라고 전망했다.

[장미영 기자 myjang@worldyan.com]
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