본문 바로가기
완전히 투명한 장치 개발

완전히 투명한 장치 개발

  • #투명 소자
  • #2차원 물질
  • #알루미늄 도핑
  • #산화 아연
  • #트랜지스터

투명 디스플레이, 스마트 윈도우 및 숨겨진 회로와 같은 투명 전자 장치는 사용자가 감지된 주변 환경과 디지털 방식으로 상호 작용하고 이 정보를 실시간으로 조작할 수 있도록 완전히 반투명한 구성 요소가 필요하다. KAUST 연구원들은 투명 전도성 금속-산화물 접촉을 2 차원 (2D) 반도체와 이들 장치에 통합하는데 도움이 되는 전략을 고안해 냈다.

황, 셀레늄 및 텔루륨와 같은 칼코겐 원자와 관련된 전이 금속으로 구성된 초박막 반도체 시트는 뛰어난 전자 특성 및 광 투과성을 나타낸다. 그러나, 현재까지 회로에 몰리브덴 황화물 (MoS2) 단층을 결합시키는 것은 실리콘 기판 및 금과 알루미늄과 같은 금속 전극에 의존해 왔다. 이러한 물질의 불투명도는 완전히 투명한 2D 전자 장치를 개발하려는 시도를 지연시켰다.

KAUST 연구팀은 투명 접점을 가진 MoS2 단층을 결합하여 트랜지스터, 인버터, 정류기 및 센서와 같은 일련의 장치와 회로를 제작했다. 접촉부는 널리 사용되는 인듐-주석 산화물을 곧 대체할 수 있는 저비용의 투명한 전기 전도성 물질인 알루미늄 도핑된 산화 아연 (AZO)으로 구성되었다. 회로의 완벽한 투명성을 유지하면서 2D 소재의 우수한 전자 특성을 활용하고자 했다.

연구팀은 원자 층 증착에 의해 넓은 영역에서 접촉을 성장시켰는데, 그 동안 개별 원자 층이 정확하게 기판 상에 적층되었다. 그들의 주요 어려움은 넓은 영역에 걸쳐서 실리콘 기반의 기판 위에 고품질의 MoS2 단층을 형성하는 것이었다. 연구팀은 MoS2 성장을 촉진시키는 계면 층을 사용하여 이것을 극복했다.

또한 연구팀은 유리 또는 플라스틱과 같은 다른 기판 위에 증착된 대면적 단일 층을 이동시키는 물기반 전이 과정을 개발했다. 연구진은 디바이스와 회로를 제작하기 전에 이동된 2D 시트에 AZO 접점을 증착했다.

이에 따른 장치는 게이트, 소스 및 드레인 전극과 같은 불투명한 금속 접촉부가 장착된 소자보다 성능이 우수하여 투명 전도성 금속 산화물 접점과 MoS2 단층 사이의 높은 호환성을 입증했다. 대면적 프로세스로 제작된 트랜지스터는 화학 기상 증착으로 성장한 MoS2 단일 층 기반 박막 트랜지스터의 가장 낮은 턴 온 전압을 나타냈다 (Advanced Functional Materials, “Large-area chemical vapor deposited MoS2 with transparent conducting oxide contacts toward fully transparent 2D electronics").

연구팀의 접근 방식이 강력하고 확장성이 있다는 것을 입증하는 데 도움이 되는 추가 회로가 계획되어 있다.

NDSL 콘텐츠