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연구팀은 납을 사용하지 않는 주석(Sn) 할라이드 페로브스카이트 박막 트랜지스터의 전기적 성능과 안정성을 동시에 향상시키는 데에 성공했다. 주석 할라이드 페로브스카이트는 납을 사용하지 않는 친환경 반도체 소재다. 우수한 전하 수송 특성과 저온 용액 공정이 가능하다는 장점이 있어 차세대 트랜지스터 소재로 주목받고 있다.
다만 주석 이온(Sn²+)의 산화와 빠른 결정화 과정에서 발생하는 높은 결함 밀도, 불안정한 이온 이동 현상이 불안정성을 유발하는 원인으로 지목돼 왔다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 페로브스카이트 박막 트랜지스터의 전기적 성능과 안정성을 동시에 향상시키는 기술을 개발했다.
해당 기술은 전기적 구동 과정에서 나타나는 히스테리시스 현상을 현저히 억제하는 것으로 나타났다. 특히 1만 2000회의 반복적인 스위칭 동작과 3만 6000초의 연속 전압 스트레스 조건에서도 안정적인 특성을 유지했다.
이번 연구는 한국연구재단·한국에너지기술평가원 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 저명 국제학술지(Science Advances)에 게재됐다. 박희준 교수는 “이번 연구는 주석 페로브스카이트의 구조적 불안정성을 내부의 이온 상호작용을 설계하는 방식으로 해결할 수 있음을 보여준 사례”라며 “향후 차세대 디스플레이, 광센서, 저전력 논리회로 등 다양한 반도체 분야에서 활용될 수 있을 것”이라고 기대했다.
