물리학과

- 비접촉식 인라인 소자 모니터링 및 이미징 가능...기존 소재 검사의 한계 뛰어넘어
- 차세대 초고해상도 및 대(大)면적 디스플레이 공정 개선 기대
- 최첨단 기초 과학 및 응용 분야 국제저명학술지 「Advanced Science」 게재

동국대학교(총장 윤재웅)는 물리학과 정권범 교수 연구팀이 에너지신소재공학과 김현석 교수, 연세대학교(미래캠퍼스) AI반도체학부 정광식 교수와 함께 2차 고조파 생성(Second-Harmonic Generation, 이하 SHG) 이미징 기술을 활용해 비접촉, 비파괴 방식으로 산화물 반도체 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 TFT)의 작동과 성능을 모니터링 및 이미징하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

차세대 디스플레이는 가상현실(VR), 증강현실(AR) 등으로 응용처가 확대되면서 고밀도, 고집적, 대면적화 방향으로 연구되고 있지만, 디스플레이 공정 모니터링은 박막 성장후 소재 특성 측정을 통한 간접 검사에 그치고 있다. 이에 따라 소자 성능을 직접적으로 검사하고, 대면적 디스플레이 패널에서는 빠른 시간에 소자 성능을 전수 검사하는 기술이 필요한 상황이다.

정권범 교수 연구팀은 산화물 반도체 소자의 전기적 매개변수(평탄밴드전압 및 문턱전압)를 기존 분광학 기술을 뛰어넘는 해상도로 측정하는 방법을 개발했으며, SHG 신호 강도가 반도체 채널과 게이트 절연체 사이의 전기장에 직접적으로 영향 받는다는 사실에 주목했다고 전했다.

특히, 이번 연구에서 제안하는 SHG 이미징 기술을 통해 소자 어레이의 전기적 매개 변수 분포를 시각화하고, 양품과 불량 소자를 명확히 구별할 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 이 방법은 프로브 카드를 기반으로 한 기존의 접촉식 전기적 측정 방식에서 대면적 디스플레이 패널 내 모든 TFT를 검사하기 힘든 한계를 극복하고, 패널 전체의 TFT를 짧은 시간에 평가할 수 있다. 또한, 디스플레이 제작 공정 초기 단계에서 결함을 조기 탐지하고 효율적인 공정 개선을 지원할 수 있다.

따라서, SHG 기반 비접촉 비파괴 검사 기술은 TFT 제조 공정에서 소자의 성능과 결함을 정밀히 평가할 수 있는 강력한 도구임과 동시에, 이를 통해 제조 비용 절감, 생산 효율 향상, 고품질 고밀도 전자소자 개발을 가속할 수 있을 것으로 기대를 모은다. 나아가, 차세대 초고해상도 디스플레이 패널을 포함한 다양한 전자소자에 적용할 수 있어 관련 산업 전반에 큰 파급 효과를 가져올 수 있을 것으로 보인다.

한편, 이번 연구는 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 수행되었으며, 최첨단 기초 과학과 응용 분야 최고 수준 학술지 「Advanced Science (IF=14.6, JCR 상위 4.53%)」 에 11월22일 온라인(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202407923) 게재됐다.