N형 반도체는 전자 이동으로 전류 흐름을 만들고 P형 반도체는 정공을 통해 전류가 흐르게 된다.

이 두 반도체를 통해 전자 회로를 구성하므로 고성능 N형 및 P형 트랜지스터가 모두 필요하다.

그러나 반도체 소재 대부분 정공에 비해 전자 이동도가 우수해 P형 반도체 개발이 난제로 남아 있고 최근 국가에서도 이를 10대 난제 기술로 선정했다.

할로겐화물 기반 페로브스카이트는 특이하게 높은 정공 이동도를 가진 반도체 재료로 차세대 고성능 P형 반도체 소재로 주목받고 있다.ABX3의 화학식으로 표현되는 페로브스카이트는 두 종류의 양이온(A, B)과 하나의 음이온(X)으로 구성된다.

연구팀은 여러 화합물을 조합해 높은 성능을 지닌 P형 페로브스카이트 반도체 소재를 개발하고 있으며 지난해 세슘-주석-요오드(Cs-Sn-I) 조합으로 당시 최고 성능을 가진 트랜지스터를 개발해 ‘Nature Electronics’ 학술지에 보고한 바 있다.

이번 연구에서는 페로브스카이트 양이온 A의 자리에 각각 포르마미디늄과 세슘, 페닐에틸암모늄 세 가지 양이온이 결합된 혼합물을 사용했다.

포르마미디늄과 세슘, 페닐에틸암모늄이 개별적으로 연구에 사용된 적은 있지만 세 가지 양이온을 모두 사용한 연구는 이번이 처음이다.

이 결과 연구팀은 결함을 줄인 고품질의 P형 페로브스카이트 반도체층을 개발하는 데 성공했다.

이를 기반으로 높은 정공 이동도(70 cm2V-1s-1)와 전류점멸비(108)를 지닌 트랜지스터를 구현했다.

결과는 현재까지 보고된 P형 페로브스카이트 트랜지스터 중 최고 수준이며 현재 OLED 구동회로로 상용화된 저온 다결정 실리콘 기반 트랜지스터의 성능과도 거의 유사하다.

연구팀은 지난해 성능을 갱신했고 또 한 번 세계 최고 성능의 트랜지스터를 개발하는 데 성공했다.

이번 연구는 최근 ‘네이처 일렉트로닉스’ 학술지에 게재됐다.