전북대 연구팀, 차세대 질화물 반도체 성능 저하 원인 규명

저비용 스퍼터 증착 박막 분석…미세구조 변화가 전기 특성 좌우
광검출기·태양전지 등 차세대 광전자소자 활용 가능성 제시

송효철 기자 /

입력 : 2026년 07월 20일

전북대학교 연구진이 차세대 저비용 질화물 반도체로 주목받는 아연주석질화물(ZnSnN₂) 박막의 전기적 특성이 두꺼워질수록 저하되는 원인을 규명했다. 이번 연구는 차세대 광전자소자의 성능 향상과 상용화 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다.

전북대는 전자재료공학전공 박광욱 교수 연구팀이 아연주석질화물 박막의 성장 과정에서 나타나는 전기적 특성 변화를 분석한 결과, 소재 자체의 성능 저하가 아니라 미세구조 변화가 핵심 원인이라는 사실을 확인했다고 20일 밝혔다.

연구는 박광욱 교수와 황주찬 박사과정생, 광주과학기술원 고등광기술연구원(APRI) 강철 수석연구원, 김영일 연구원이 공동으로 수행했다.

아연주석질화물은 지구상에 풍부한 아연과 주석을 원료로 사용하는 차세대 질화물 반도체로, 기존 갈륨나이트라이드(GaN)를 대체하거나 보완할 수 있는 저비용 소재로 평가받는다. 특히 가시광 영역에서 활용성이 높아 광검출기와 태양전지, 광전자소자 등 다양한 분야에 적용 가능성이 제기되고 있다.

연구팀은 산업 현장에서 활용도가 높은 스퍼터 증착 공정을 이용해 박막을 제작한 뒤 성장 시간에 따른 전기적 특성 변화를 분석했다. 그 결과 박막이 두꺼워질수록 전자 이동도와 전기전도도는 감소했지만, 이는 소재 자체의 성능 저하가 아니라 컬럼 구조 사이의 연결성이 약해지고 공극이 증가하면서 나타나는 현상인 것으로 확인됐다.

연구진은 Hall 측정과 테라헤르츠 시간영역 분광법(THz-TDS)을 함께 활용해 거시적 전기 특성과 개별 컬럼 내부의 전기 응답을 비교 분석했다. 또 전자현미경과 회절 분석을 통해 성장 과정에서 컬럼 폭과 기울기, 공극이 증가하는 현상도 확인했다.

박광욱 교수는 "저비용 질화물 반도체를 실제 소자에 적용하기 위해서는 조성 제어뿐 아니라 미세구조와 전하 이동 경로까지 함께 제어하는 것이 중요하다는 점을 보여준 연구"라고 말했다.

이번 연구는 전북대학교 국립대학육성사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)가 발간하는 국제학술지 Journal of Materials Chemistry C에 게재됐다.

송효철 기자 /

입력 : 2026년 07월 20일