페로브스카이트 결정을 이용한 주석 산화물 반도체는 차세대 소재로 주목받고 있다. 특히 광전류가 실시간 변화하는 재구성 반도체 소자는 고민감성 광검출기, 홀로그램 메모리 소자 등으로 응용될 수 있다. 산화물 반도체 내 특정 부분에서만 광전자를 댜량 형성하는 것이 중요하다.

 

연구팀은 상온에서 페로브스카이트 산화물 반도체에 자외선을 쬐어, 좁은 영역에서 '산소 빈자리 결함'을 생성하고 또 소멸시킬 수 있음을 알아냈다.

 

반도체 표면 산소 빈자리는 전자가 생성돼 광전류 증폭을 이루는 곳이다. 연구팀은 이를 이용해 기존 대비 1000배 이상 광전류를 구현하는데 성공했다.

 

▲자외선 조사에 의한 산화물 반도체 광전류 증폭 및 제어

 

산소 빈자리 결함은 외부 산소 압력을 다양하게 조절하는 것만으로 생성과 소멸은 물론 빈자리 결함 농도도 제어할 수 있다. 멀티레벨 스위칭 등이 핵심이 될 다기능 재구성 소자 실마리가 될 수 있어 특히 의미가 있다.

 

기존에도 고온에서 산소 빈자리 결함 형성으로 광전류 등 물성을 제어하려는 시도가 있었으나, 산화물 반도체 표면 광전류를 증폭, 제어하는 연구는 없었다.

 

손준우 교수는 “집속된 자외선 기반 도핑으로 하부 기판 손상 없이 미세 패턴의 선택적 영역에서 반도체 특성을 제어할 수 있는 새로운 상온 공정기술을 제안한 것”이라며 “반도체 내 결함 준위 가역적 제어 원리에 기반한 재구성 현상은 다기능 소자 및 실시간으로 재구성 가능한 지능형 광소자에 적용될 수 있다”라고 설명했다.

 

과학기술정보통신부와 한국연구재단의 기초연구실사업 등 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 지난 12월 17일 온라인 게재됐다.

 

■ 논문정보

*제목: Reversible Manipulation of Photoconductivity Caused by Surface Oxygen Vacancies in Perovskite Stannates with Ultraviolet Light

*URL: https://doi.org/10.1002/adma.202107650