[천지일보=배성주 기자] 아주대학교가 서형탁 신소재공학과 교수 연구팀이 두 개의 나노결정 산화물을 접합해 전도도 조절이 가능한 투명 전자 신소재를 개발했다고 28일 밝혔다.
현재 널리 활용되고 있는 복합 산화물 소재는 투명도의 한계, 유연 기판 적용에 적합지 않은 고온 공정 수반, 자유로운 전도도 조절 등의 어려움이 있어 미래형 디스플레이와 IoT센서에 적용이 쉽지 않았다.
서 교수팀이 개발한 신소재는 상온에서 형성한 나노결정의 인듐산화물(In2O3) 박막 위에 ‘원자층 증착방식(atomic layer growth, ALD)’으로 알루미늄산화물(Al2O3)을 쌓아 올린 적층 구조로 돼 있다.
이 적층 구조에서 절연체인 두 소재가 맞닿은 두께 5nm(나노미터) 이하의 계면 부분에서 전도도가 비약적으로 증가해 전도체가 되는 비전형적인 현상이 일어난다. 계면에서의 전도도는 증착 전의 상태보다 최대 10의 13승까지 증가하는 것으로 측정됐다.
서 교수팀은 이 현상을 ‘주사투과전자현미경’으로 ‘원자단위 전자구조’를 분석해 두 박막의 좁은 계면에 인듐산화물과 알루미늄산화물이 뒤섞여 전자구름 현상이 나타나고 이곳에서 ‘국부적 2차원 전자 전도현상’이 발생한 것을 밝혀냈다. 국부적 2차원 전자 전도현상은 아주 좁은 영역에 전자가 갇히면 전자 산란이 없어져 전류가 흐르게 되는 현상을 말한다.
이 외에도 신소재는 100%에 육박하는 완벽한 가시광 투과율과 1년 이상의 공기 중 노출에도 특성 저하가 없어 내구성이 강하다.
서 교수는 이번 신소재를 “전도도의 조절이 자유롭고, 투명하고 유연해 전자소자의 핵심 소재로 적용할 수 있다”며 “무엇보다 기존의 반도체와 디스플레이 공정과 호환되는 방식이어서 즉시 상용화가 가능하다”고 말했다.
서 교수팀의 신소재는 현재 사용되는 기술을 이용해 모든 한계를 극복하고 이론적 가능성을 실현한 것으로 평가받고 있으며, 화학과 물리 분야 저널인 ‘ACS Nano(인용지수=13.334)’ 최신호에 게재됐다.
이번 연구는 이상연 박사과정 대학원생이 제1저자로 참여했고 한국연구재단의 나노소재원천기술사업의 지원을 받아 진행됐다. 이 기술은 국내·외 특허 출원 중이다.