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보고서 상세정보

디스플레이 소자 구현을 위한 신재료 연구

URL http://www.kosen21.org/info/kosenReport/reportView.do?articleSeq=761920
등록일자 2014-12-19
초록 1. 제목
디스플레이 소자 구현을 위한 신재료 연구

2. 사업의 목적 및 필요성

최근 나노 소재를 중심으로 하는 소재 및 공정 기술이 발전하면서 이를 적용한 반도체 기술이 혁신적인 변화를 일으키고 있다. 기존의 핵심적인 반도체 소재인 Si, GaAs 또는 GaN와 같은 무기물 소재를 기판으로 한 경우에 고가의 장비를 이용한 성장 공정 및 식각 공정 등의 매우 복잡한 공정을 거쳤으나 현재 나노 소재를 중심으로 하는 반도체 소자는 인쇄기법 등을 사용하여 대량으로 저가로 만들고, 투명하고 플렉서블한 소재를 이용하여 마음대로 휘거나 구부려서 사용할 수 있는 신개념 반도체 소자가 큰 주류를 이룰 것으로 예측 하고 있다. 한편 플렉서블 소재나 인쇄기법 등으로 비교적 간단한 전자 소자인 저항 또는 커패시터 등에 대한 제조 기술은 많이 개발되어 있으나, 좀 더 복잡한 메모리 기능 및 태양전지 등과 같은 소자는 트성을 향상 시키는데 있어 많은 문제점이 남아있다. 이러한 관점에서 신개념 스마트글라스를 이용한 그린에너지에 대한 연구가 중요한 차세대 연구주제라 할 수 있다. 본 연구에서는 스핀 특성을 이용한 신개념 광소자 및 저전력, 고집적, 고속 첨단 반도체 메모리소자, 강자성 물질을 이용한 친환경 고효율 에너지 소자 및 고분자 센서, 랑가싸이트를 기판으로 하는 저가 고휘도 발광소자 및 ZnO 나노소재를 기반으로 하는 신개념 스마트글라스를 이용한 그린에너지 분야 등에 연구를 수행하고자한다. 이와 같은 연구를 진행하기 위해서는 21세기 퓨전 기술시대의 도래에 따라 NT와 IT 융합을 통한 혁신적 기술 발전이 절실하며 이를 위해 나노 복합 소재에 대한 선도적 개발과 실용화 연구가 필요하다.
또한 이러한 목적을 이루기 위해서는 최근 새로운 소재로 각광받는 그래핀 및 그래핀 화합물이 활발히 연구되어야할 것으로 판단된다. 그러나 일각에서는 그래핀의 전도성과 에너지 갭의 제어에 따른 특성 변화로 실용화에 의문을 제기하기도 한다. 이렇듯 신소재 물질로 각광 받는 그래핀은 활용 가능성만큼이나 해결해야할 일들도 많다. 이 그래핀과 더불어 본 연구실에서 지난 10여 년간 개발해온 강자성 반도체를 나노구조와 결합하여 IT에 응용하고자 현재 국내에 들어와서 장기적으로 체류하거나, 단기간 한국을 방문한 이 분야 전문가들에게 앞에서 계획한 연구의 노하우를 전수 받아 상기 과제 수행 기간을 단축하고자 노력한 것이 본 연구의 주요 목적이다.
그래핀의 최초 개발 국이며 기초 기술이 발달된 러시아의 과학기술 분위기를 파악하고 메모리, 광통신, 디스플레이 및 스마트글라스 등에 사용되는 요소기술과 신소재 분야, 즉 그래핀, 나노소재, 화합물 나노구조 반도체 등의 현황과 전망을 장기적 관점에서 예측할 필요가 있다.


3. 사업의 내용 및 범위

본 연구자가 속한 양자기능반도체센터(Quantum-functional Semi- conductor Research Center)는 나노소재 및 소자(Nano-Technology) 연구와 강자성 반도체(Ferromagnetic Semiconductors) 및 희박자성반도체(Dilute Magnetic Semiconductors) 연구를 수행해 왔으며, 이를 이용하여 나노기술 기반 위에 IT를 접목하여 기존 기술의 한계를 극복할 새로운 개념의 반도체 기술을 연구하고 있다. 이를 통해

- 나노 소재를 이용한 전자소자
- 나노 소재를 이용한 광소자
- 나노 소재와 강자성 반도체의 융합을 이용한 스핀소자

등에 응용하는 것이 목표이다. 오늘날 최첨단 반도체 기술 및 소재 분야에서 가장 앞선 기술 선진 국가들의 선도적 연구 성과는 먼 미래를 보는 안목과 튼튼한 기초 과학이 뒷받침된, 좋은 연구 설비와 연구자들의 창조적인 발상으로 지속적인 선순환의 연구 성과가 이루어낸 것이다.
본 연구의 내용은 그래핀 연구의 발상지이며 첨단 소재 연구의 선도적 역할을 하는 러시아와 나노소재 성장과 공정에 많은 노하우를 가지고 있는 인도, 특히 러시아의 핵심 연구기관 소속의 과학자들과 접촉하여 그래핀의 발전 현황뿐 아니라 전망을 조망함과 동시에 메모리, 통신, 디스플레이 등과 같은 차세대 융합 기술에 대한 요소 기술 및 신소재 물질의 발전 현황과 전망을 습득하여, 최종적으로 그래핀과 그래핀 화합물을 이용한 신개념 디스플레이 소자 개발 연구 및 강자성 물질 및 희박자성반도체 와의 융합 연구를 하고자 한다.
4. 정보조사 결과

가. SCI급 논문 16편, 국제학술대회 발표 21건, 특허출원 6건

나. 전자 소자(Electronic Devices) 분야 연구 성과

(1) DMS의 스핀 상호작용 규명
- 스웨덴 Lund 대학원의 MAX Lab에서 XMCD 측정
- Bi 도핑된 ZnO 박막의 성장 기술 확보
- DMS에서 스핀의 p-p 상호작용 확인

(2) 그래핀 합성 및 응용소자
- 그래핀 물질의 새로운 합성 방법 공정 개발
- 그래핀 물질을 이용한 응용소자

다. 광소자(Optical Devices) 분야 연구 성과
- 고휘도 백색광 LED용 물질인 GaN 성장을 위한 새로운 방법 연구
- 양질의 ZnO 나노로드 성장 및 이를 이용한 신개념 광원 개발

라. LPCVD를 이용한 양질의 그래핀 성장 및 응용소자 공정 기술 개발

마. 현금지원 2건
(1) 향후 동국대와 공동 연구를 위한 MOU를 교환하고 IT 응용을 위한 NT 분야에서 첨단 기술 개발을 위한 지원금임.
(2) 미국 EPIR사의 지원금 $60,000 받음
(3) 인도 Hindustan Univ. 의 지원금 $50,000 받음

바. MOU 4건
(1) 인도 Hindustan Univ.의 지원금($250,000) MOU 체결
(2) 러시아 Moscow State Univ.와 학생 교환 MOU
(3) 스웨덴 KTH대의 재료학부와 MOU 교환
(4) 스웨덴 웁살라대의 Angstrom 연구소와 MOU 교환

사. 과학기술 네트워크 형성
- 러시아 IMTRAS, FOMOS사, 미국 UCLA, AFIT-RPI, 인도 Hindustan Univ., Anna Univ., 스웨덴 KTH, Uppsala Univ., 벨라루스 HMTIAS, 일본 Tokyo Univ., 중국 Hubei Univ., 우즈벡키스탄 Tashkent Univ., 우크라이나 National Technical Univ. 와 동국대학교 간 긴밀한 협조 체제 구축


5. 정보조사의 활용계획

본 조사단 사업은 선진 기술을 가진 외국 과학자들과 교류를 통해 얻은 결과물은 현재 선진기술의 현황파악 뿐만 아니라 차세대 신개념 반도체 소자를 개발하기 위한 원천기술 확보를 통해 산업화를 목표로 하고 있으며, 가능한 한 공동 연구를 통해 원천기술을 확보하고 이를 산업화 기술로 응용하는 것이 현실적인 방안이라 생각한다. 교류를 통해 수집된 정보를 연구 개발에 적용하여, 이용할 수 있는 잠재력을 지닌 국내의 대학 실험실 또는 국가 연구소 등과 연계하여 개발 완료된 원천 기술의 산업화를 진행하고자 한다.

이러한 기술 개발에 대해 실제적으로 국내 중소기업 및 중견 기업과 연계하여 자성반도체의 스핀 특성을 이용한 메모리 소자에 대한 연구를 진행 할 것이며, 국내 발광소자(LED)에 관한 기업 및 국가 연구소와 협업하여 LGS 기판을 이용한 양질의 고휘도 박막성장 기술을 연구개발 할 계획이다. 이러한 공동 연구 개발을 통해 새로운 원천기술이 확보되고 이후 산업체 이전 기술이 가시화 되면, 기존 IT 산업의 포화로 새로운 성장 동력을 찾고 있는 국내 대기업과의 연계를 통해 산업화 실현도 가능할 것으로 기대된다.

또한, 본 정보 조사사업이 일회성으로 끝나지 않도록 해외의 우수연구기관들과 국제 컨소시엄 형성의 토대를 마련하였으므로 이러한 관계를 이용하여 차 년도에도 보다 좋은 성과를 얻을 수 있는 연구 활동이 기대된다.
출처 KOSEN-코센리포트