KAIST, 친환경 초소형 반도체 밝기 18배 향상 기술 개발

차세대 디스플레이·양자 통신·적외선 센서 활용 기대

(대전＝연합뉴스) 김준호 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀이 차세대 친환경 반도체 소재로 주목받는 나노 반도체 입자인 인듐 포스파이드(InP) 매직 사이즈 나노결정(MSC)의 표면을 원자 수준에서 제어하는 원천 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

인듐 포스파이드는 인듐(In)과 인(P)으로 만든 화합물 반도체 물질로, 카드뮴 같은 환경 유해 물질을 쓰지 않은 친환경 반도체 소재다.

MSC는 수십 개의 원자로 이뤄진 초소형 반도체 입자로, 모든 입자가 똑같은 크기와 구조를 가져 이론적으로는 매우 선명한 빛을 낼 수 있다.

하지만 크기가 1∼2나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ)에 불과해 겉면에 생기는 미세한 결함 때문에 빛이 대부분 사라지는 한계를 안고 있었다. 실제로 지금까지는 빛의 효율이 1%에도 미치지 못했다.

연구팀은 화학 반응이 아주 조금씩 일어나도록 정밀하게 조절하는 에칭 전략을 고안했다.

이를 통해 반도체 형태는 그대로 유지하면서 빛을 방해하던 표면의 문제 부분만 선택적으로 제거하는 데 성공했다.

이 기술을 적용한 결과, 연구팀은 기존 1% 미만이던 반도체의 빛 효율을 18.1%까지 끌어올렸다. 이는 현재까지 보고된 InP 기반 초소형 나노 반도체 가운데 세계 최고 수준의 성과로, 기존보다 18배 이상 밝아진 것이다.

이 기술은 차세대 디스플레이는 물론 양자 통신, 적외선 센서 등 다양한 첨단 기술 분야로 활용될 수 있다고 연구팀은 설명했다.

조 교수는 "이번 연구는 단순히 더 밝은 반도체를 만든 것이 아니라 원하는 성능을 얻기 위해 원자 수준에서 표면을 다루는 기술이 얼마나 중요한지를 보여준 사례"라고 말했다.

연구 결과는 화학 분야 국제학술지 중 하나인 미국화학회지(JACS)에 지난해 12월 16일 온라인 게재됐다.

kjunho@yna.co.kr