김현재 교수 연구팀, 지능형 디스플레이 기반 기술 개발

디스플레이 시장의 성장 둔화 현상 해결

김현재(전기전자공학부) 교수 연구팀이 산화물 기반 CMOS 이미지 센서의 핵심 단위 소자인 박막트랜지스터 및 광다이오드 제작 기술을 개발했다. 이번 연구 결과는 ‘국가연구개발 우수성과 100선’ 중 최우수 성과에 선정됐다.

산화물 기반 CIP(CMOS image-sensor on panel) 기술을 구현하기 위해서는 CMOS 이미지 센서의 기본 요소인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)와 광 다이오드 개발이 필수적으로 요구되는 실정이다. 이에 연구팀은 산화물 기반 CMOS 이미지 센서의 핵심 단위 소자인 박막트랜지스터 및 광다이오드 제작 기술을 개발하여 기존 연구의 한계점을 혁신적으로 극복해냈다.

[그림 1] 산화물 기반 CIP 활용 예시 및 구현 예정 CIP 및 RGBS 픽셀 구조 도식

나노 스케일의 얇은 박막 층들로 구성된 박막트랜지스터는 디스플레이 분야에서 활발히 사용되고 있는 반도체 소자다. 현재는 기존의 비정질 실리콘(amorphous silicon) 기반 박막트랜지스터를 대신해 산화물 반도체가 사용되고 있으며, 산화물 반도체의 종류에 따라 N형과 P형으로 분류되고 있다. 연구팀은 상대적으로 연구가 부족한 P형 산화물 박막트랜지스터의 성능 향상에 대한 연구에 중점을 뒀다. P형 산화물 반도체 내 다양한 물질 도핑 및 구조적인 연구를 시행했으며, 패시베이션(반도체 칩 표면에 보호막을 씌움) 층을 도입하는 등 연구에 심혈을 기울인 끝에 고성능의 P형 산화물 박막트랜지스터 구현에 성공했다.

[그림 2] CIP 기술 개발을 통한 향후 활용분야 및 파급효과

이외에도 연구팀은 광 다이오드에 주목했다. 광 다이오드는 특정 파장의 빛을 흡수하여 전류를 흐를 수 있게 해주는 소자다. 기존 산화물 기반 광 다이오드는 산화물 자체의 높은 밴드갭 에너지로 인하여 일부 가시광선 빛을 흡수하지 못한다는 한계점이 존재했다. 이에 연구팀은 추가적인 광 흡수층 도입 및 그물망(mesh) 구조를 통한 표면 텍스쳐링 효과를 적용했다. 그 결과 대부분의 가시광선 영역에서 빛 흡수가 가능해졌으며 광센서 특성이 크게 향상됐다.

김 교수는 “사물인터넷의 가시화에 따른 다양한 스마트 전자기기 시장의 변화에 발맞추어 기존 디스플레이의 일방적인 정보전달보다 사용자와의 교감이 가능한 교감형 디스플레이의 중요성이 부각되고 있다.”라며 “교감형 디스플레이의 기초가 되는 이번 연구는 디스플레이 시장의 성장 둔화 현상을 해결함과 동시에 시장의 새 전기를 마련해 줄 것으로 기대되고 있다.”라고 연구의 의미를 밝혔다.