동의대 최두호 교수팀, 초박막 구리 기반 투명전극 개발

동의대 신소재공학부 전기전자소재공학전공 최두호 교수 연구팀이 산화아연(ZnO) 박막의 계면 특성을 제어해 세계 최고 성능을 지닌 초박막 구리(Cu) 기반의 투명전극 기술을 개발했다.

최두호 교수팀은 최근 논문 ‘Smooth, Chemically Altered Nucleating Platform for Abrupt Performance Enhancedment of Ultrathin Cu-Layer-Based Transparent Electrodes’를 나노 기술 분야 저널 ‘나노 레터스(Nano Letters, impact factor: 12.262)’ 7월호에 발표했다.

연구 결과에 따르면 이번에 개발된 구리 기반의 투명전극은 기존에 연구되었던 은(Ag) 기반의 투명전극에 비해 경제적 측면에서 이점이 많고 유연성을 가진다.

또 매우 높은 열·전기·기계적 스트레스가 동시에 반복돼도 그 특성이 변하지 않는 장점을 지녀 다양한 분야에서 활용이 가능하다.

투명전극이란 높은 가시광 영역의 광투과성과 전류가 흐르는 도전성을 동시에 갖는 기능성 박막 전극을 말하는 것으로 디스플레이나 터치스크린, 차세대 태양전지 등의 주요 소재로 이용되고 있다.

투명전극은 낮은 전기 저항과 높은 가시광선 투과 특성을 동시에 가져야 효과적이다. 이 때문에 최근 초박형 금속층의 빛 반사와 산화 방지를 위한 ‘금속산화물-금속-금속산화물’ 구조의 투명전극 연구가 활발하다.

금속층인 구리의 경우 박막의 두께가 두꺼워지면 투과도가 저하되기에 가장 높은 광학적 투과도를 보이는 연속적인 박막을 최대한 얇은 두께에서 형성시키는 것이 중요하다.

초박막 구리 기반 투명전극 기술 모식도.

최 교수팀은 이 문제점을 해결하기 위해 하부 산화물의 표면에 아르곤(Ar) 플라즈마 공정을 적용해 산소 공공 농도를 제어하고 이를 구리의 핵생성 사이트로 활용해 6nm의 초박형 두께에서 완전한 구리 연속박막을 형성하는 기술을 개발했다.

이 기술은 매우 평탄한 산화물-금속 계면을 형성해 광자와 전자의 계면 산란을 저감시킨다.

연구팀은 이 기술로 최고투과도 94%와 면저항 9.1 Ωsq-1을 확보했으며 투명전극의 성능 지수(Haacke Figure of Merit) 0.063 Ω-1을 달성했다. 이 수치는 현재 문헌상 보고된 구리 기반의 투명전극 성능지수 중에 가장 높아 세계신기록에 해당하는 값이다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 교육부 기초과학연구역량강화사업, 산업통상자원부 산업혁신 인재 지원사업의 지원을 받았다.

영남취재본부 황두열 기자 bsb03296@asiae.co.kr