레이저로 반도체 유형을 즉시 변환

대구경북과학기술원(DGIST) 연구진이 반도체의 전기적 특성을 변화시키는 단일 단계 레이저 공정을 개발했다.LODI(Laser-Induced Oxidation and Doping Integration) 기술을 통해 이전에는 전자 기반 전도로 제한되었던 산화티타늄(TiO2)이 정공 기반 p형 반도체로 기능할 수 있게 되었습니다.

이 연구는 LODI가 산화와 도핑을 하나의 레이저 조사 단계로 결합하여 기존의 다상 고온 반도체 제조 방법에 비해 대폭적인 단순화를 제공하는 방법을 보여줍니다.권혁준 교수팀이 이끄는 혁신은 칩 생산과 관련된 시간, 비용 및 장비 복잡성을 크게 줄일 수 있습니다.

반도체는 전하 캐리어(전자 또는 정공)에 따라 n형 또는 p형 재료로 작동합니다.스마트폰과 컴퓨터에 사용되는 CMOS 회로를 포함한 현대 전자 장치는 두 유형의 원활한 통합에 의존합니다.그러나 산화티타늄과 같은 특정 안정한 재료는 환경적, 구조적 이점에도 불구하고 제한된 정공 이동성으로 인해 n형 작동으로 제한되어 왔습니다.

팀의 LODI 방식은 이러한 한계를 극복했습니다.티타늄(Ti) 위에 산화알루미늄(Al2O₃)을 적층한 뒤 레이저를 단 몇 초만 노출시키면 알루미늄 이온이 확산되고 티타늄이 산화되면서 TiO2가 생성된다.레이저는 동시에 전자 균형을 깨뜨려 물질을 p형 반도체로 변환하는 구멍을 생성합니다.

이러한 변환을 달성하기 위한 기존 접근 방식은 진공 이온 주입 및 장기간 열 처리와 같은 여러 단계를 거쳐야 하며 고가의 장비와 처리 시간이 필요합니다.LODI는 내장된 패터닝 기능을 통해 정상적인 조건에서 거의 즉시 동일한 변환을 수행하여 확장 가능하고 에너지 효율적인 제조를 위한 길을 열어줍니다.

LODI의 단순성과 정밀도는 유연한 전자 장치, 센서 및 광전자 장치의 개발을 가속화하여 반도체 공정 발전에 중추적인 발전을 가져올 수 있습니다. 권 교수는 “이 연구는 단일 레이저 공정을 통해 산화물 반도체의 전도성을 엔지니어링하는 직접적이고 제어 가능한 방법을 보여줍니다.”라고 말했습니다.“산화티타늄을 n형에서 p형으로 효율적으로 변환함으로써 고집적, 신뢰성이 뛰어난 차세대 반도체 장치의 기반을 마련하고 있습니다.”