이번 개발은 두 소재가 맞닿은 계면에서 2차원 전자구름이 형성돼 전도도가 최대 1천13배까지 발생하는 특이 현상을 이용한 것이다.
현재 널리 활용되고 있는 투명 전자 소재는 인듐주석산화물처럼 여러 성분을 혼합한 복합 산화물이 주로 사용되고 있다. 하지만 복합 산화물 소재는 ▶투명도의 한계 ▶유연 기판 적용에 적합하지 않은 고온 공정 수반 ▶자유로운 전도도 조절 등의 어려움이 있어 미래형 디스플레이와 사물인터넷(IoT) 센서에 적용이 쉽지 않다.
서 교수팀이 개발한 신소재는 상온에서 형성한 나노결정의 인듐산화물(In2O3) 박막 위에 ‘원자층 증착방식’으로 알루미늄산화물(Al2O3)을 쌓아올린 적층구조로 돼 있다. 이 적층구조에서 절연체인 두 소재가 맞닿은 두께 5㎚ 이하의 계면 부분에서 전도도가 비약적으로 증가해 전도체가 되는 비전형적인 현상이 일어난다. 계면에서의 전도도는 증착 전의 상태보다 최대 1천13배까지 증가하는 것으로 측정됐다.
서 교수팀은 이 현상을 ‘주사투과전자현미경’으로 ‘원자단위 전자구조’를 분석해 두 박막의 좁은 계면에 인듐산화물과 알루미늄산화물이 뒤섞여 전자구름 현상이 형성돼 있으며, 이곳에서 ‘국부적 2차원 전자 전도현상’이 발생한 것을 밝혀냈다. 서 교수팀의 신소재는 화학과 물리 분야에서 최고 수준의 저널인 ACS Nano(인용지수 13.334) 최신호에 소개됐다. 이 기술은 박사과정의 이상연 씨가 제1저자로 참여했으며, 한국연구재단의 나노소재원천기술사업의 지원을 받아 이뤄졌고 국내외 특허출원 중이다.
서 교수는 "이번 신소재는 전도도의 조절이 자유롭고 투명하고 유연해 전자소자의 핵심 소재로 적용할 수 있다"며 "무엇보다 기존의 반도체, 디스플레이 공정과 호환되는 방식이어서 즉시 상용화가 가능하다"고 말했다.
박종대 기자 pjd@kihoilbo.co.kr
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