1% 벽 넘었다…KAIST, 친환경 초소형 반도체 밝기 향상

조힘찬 교수팀 기존 대비 18배 향상

친환경 인듐 포스파이드 효율 세계 최고 달성

차세대 디스플레이 등 첨단 산업 활용 기대

앞줄 왼쪽부터 KAIST 주창현 공동 1저자, 연성범 공동 1저자, 뒷줄 왼쪽부터 하재영, 조힘찬 교수, 장재동 ⓒKAIST

KAIST 연구진이 차세대 친환경 반도체 소재인 나노 반도체의 발광 효율 한계를 극복하는 데 성공했다. 그동안 이론적으로는 가능하나 실제 구현이 불가능하다고 여겨졌던 초소형 반도체 표면 제어 가능성을 입증하며 기존 대비 밝기를 18배 이상 향상시켰다.

KAIST 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀은 인듐 포스파이드(InP) 기반 ‘매직 사이즈 나노결정’ 표면을 원자 수준에서 정밀하게 제어하는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

인듐 포스파이드는 카드뮴 등 유해 물질을 사용하지 않는 친환경 소재지만 크기가 1~2나노미터(nm)로 작아지면 표면 결함으로 인해 발광 효율이 1% 미만에 그치는 고질적인 문제를 안고 있었다.

연구팀은 화학 반응을 정밀하게 조절하는 에칭 전략을 고안해 반도체의 형태는 유지하면서 빛을 방해하는 표면의 결함만을 선택적으로 제거하는 데 성공했다.

이를 통해 기존 1% 미만이던 발광 효율을 18.1%까지 끌어올렸다. 이는 현재까지 보고된 동급 소재 가운데 세계 최고 수준의 성과다.

이번 연구는 제어가 어렵다고 평가받던 초소형 반도체의 표면을 원자 수준에서 다룰 수 있음을 처음으로 입증했다는 점에서 기술적 의미가 크다.

이 기술은 차세대 디스플레이는 물론 양자 통신, 적외선 센서 등 다양한 첨단 정보통신 기술 분야에서 광원의 효율을 높이는 핵심 기술로 활용될 것으로 전망된다.

조힘찬 KAIST 교수는 “이번 연구는 단순히 더 밝은 반도체를 만든 것이 아니라 원하는 성능을 얻기 위해 원자 수준에서 표면을 다루는 기술이 얼마나 중요한지를 보여준 사례”라고 말했다.