군산대학교 물리학과 연구진이 p형 투명전극용 산화물 소재의 투명도를 손상하지 않으면서도 전기전도도를 획기적으로 개선할 수 있는 기술 개발에 성공하였다.
투명전극용 산화물 소재는 투명하면서도 전기를 잘 흘릴 수 있는 소재로, 디스플레이 및 태양전지 등에 사용되고 있는 핵심 부품 소재이다. 하지만 가시광에서의 투과도와 전기전도도 간의 근본적인 상충관계로 인해 현재까지도 학계와 산업계에서 그러한 상충관계를 극복할 수 있는 새로운 소재 개발 연구에 한창이다.
특히 고성능의 소자 구현을 위해서는 n형과 p형 전도성을 갖는 소재가 필수이지만, 현재까지 상용화에 성공한 투명전극용 산화물 소재는 모두 n형으로서, 고투과도/고전도도의 p형 전도성을 갖는 산화물 소재 발굴 연구는 상대적으로 더딘 한계가 있었다.
군산대학교 물리학과의 이기문 교수 연구진은 니켈 산화물에 구리 원소를 주입함으로써, 우수한 광학적 특성을 유지하면서도 전기전도도를 획기적으로 개선할 수 있는 원리를 세계 최초로 규명해 내었으며, 이를 통해 기존 니켈 산화물의 p형 전기전도도를 10000배(일만배) 이상 획기적으로 개선하는 것에 성공하였다.
이는 기존 p형 투명전도성 산화물들 연구와는 달리 재료의 전기적, 광학적 특성은 물론 자기적 특성과의 복합적인 상관관계를 밝혀냄으로써 기존 소재 물성의 한계를 극복한 사례이다. 차후 새로운 p형 전도성 산화물 소재를 발굴해 낼 수 있는 기초 원천 소재 물리 연구라는 측면에서, 그 시사점이 크다고 할 수 있다.
이기문 교수는 “제 1 저자인 박성곤 연구원이 군산대 물리학과의 학부 연구생으로 시작하여 석사과정 연구 기간을 거쳐 주도적으로 수행한 연구결과를 통해 세계적인 국제학술지의 게재를 일궈냈다는 점에서 그 의미가 크다”며, “지속적인 원천 소재 물리에 대한 기초 연구를 통해 군산대 물리학과 학생들의 역량 강화와 지역 소재 관련 산업 인재 육성의 기반을 일궈나가는 것이 목표”라고 말했다.
연구 결과는 국제학술지 인올가닉 케미스트리 프론티어즈 (Inorganic Chemistry Frontiers, 인용지수 5.934, JCR 랭킹 상위 6.67%) 2월호 온라인판에 게재되었으며, 연구 중요성을 인정받아 해당호의 표지 논문으로 선정되었다.
※ 관련 논문
“Improved polaronic transport under a strong Mott-Hubbard interaction in Cu-substituted NiO”, Inorganic Chemistry Frontiers, 7, 853 (2020. 2. 21 게재예정).
※ 저자 정보
박성곤(제1저자, 군산대 물리학과, 2019년 8월 석사 졸업), 이규형(공동1저자, 연세대 신소재공학과), 이재훈(공동저자, 군산대 물리학과, 2017년 8월 학사 졸업), 방극찬(공동저자, 군산대 물리학과, 석사과정), 김정환(공동저자, 일본동경공업대학교), 박희정(공동저자, 단국대학교), 오민석(공동저자, 전자부품연구원), 이수연(공동저자, 한국과학기술연구원), 김영훈(공동저자, 성균관대학교), 김영민(공동저자, 성균관대학교), Hideo Hosono(공동저자, 일본동경공업대학교), 방준호(공동교신저자, 성균관대학교 에너지과학과, 연구교수), 이기문(교신저자, 군산대학교, 물리학과, 교수)
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