경북대학교 전자공학부 배진혁 교수팀이 디스플레이용 차세대 트랜지스터의 획기적 성능 향상이 가능한 친환경 반도체 패터닝 기술을 개발하였다. 이러한 연구 성과를 인정받아 배진혁 교수(교신저자)와 김도경 박사(제1저자,현재 LG Display 재직중)가 주도한 해당 연구는 화학공학분야 최고 수준의 세계적 학술지인 케미컬 엔지니어링 저널 (Chemical Engineering Journal, 인용지수: 13.273, JCR 상위 2.45%)'에 22년 8월 1일자로 게재 확정되었다. 전자공학을 기반으로 화학적 분석과 규명을 더하여 화학공학분야 최고 수준의 학술지에 게재한 것이다. 

산화물 반도체는 기존의 실리콘 반도체의 한계점을 극복할 수 있는 디스플레이용 차세대 반도체이다. 특히, 용액 공정을 통한 산화물 소자의 공정은 높은 생산성과 확장성 덕분에 대형화되어가는 디스플레이 시장에 큰 비용절감효과를 준다고 알려져 있다. 하지만 용액 공정은 반도체가 가질 수 있는 결함의 밀도를 증가시키며, 이러한 결함은 낮은 전기적 특성, 안정성, 그리고 균일도를 급격히 저하시킨다는 단점이 있다. 경북대 배진혁 교수팀은 용액 공정의 고질적 문제점을 해결하고 용액 공정 산화물 소자의 전기적 특성과 균일도를 10배까지 향상 시킬 수 있는 새로운 패터닝 기술을 개발하는 혁신적인 성과를 이루었다. 

현재 반도체 양산에 사용되고 있는 대표적인 반도체 패터닝 기술인 포토리소그래피 (Photolithography) 공정에는 인체와 환경에 유해한 독성의 화학물이 사용되며 공정의 복잡도가 높다는 단점이 있다. 해당 연구팀은 용액 공정 반도체 패터닝을 위해 순수한 물을 사용하고 공정 단계를 4단계로 축소하여 친환경적이면서도 높은 생산성을 보일 수 있는 광패터닝 기술을 제안하였다. 반도체 패터닝 과정만을 통해 반도체 내 결함을 최소화하였으며, 저온의 공정을 통해서도 높은 전기적 특성과 균일도를 보이는 디스플레이용 산화물 소자를 개발하였다. 

경북대 전자공학부 배진혁 교수는 “본 연구를 통해 개발된 공정은 친환경적이며 높은 생산성을 가짐과 동시에 현재 양산되어 제품에 적용되는 반도체 소자의 전기적 특성에 준하는 성능을 가질 수 있는 매우 뛰어나고 획기적인 기술이다. 또한 제안한 기술을 통해 250도의 낮은 온도(기존 350도~500도 고온 필요)에서 3V 구동 가능한 저전력 TFT를 제작하였으며, 이는 모바일 및 웨어러블 디스플레이에도 적용 가능할 것이라는 점에서도 엄청난 의의를 가진다.”고 밝혔다. 

본 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 학문후속세대지원사업(박사과정생장려금), 차세대지능형반도체기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.