우리 대학 반도체신소재전공 황완식 교수 연구팀의 연구 결과가 미국화학회(ACS‧American Chemical Society)에서 발행하는 SCIE급 국제학술지 ACS Applied Electronic Materials 최신호(2025년 4월, Vol. 7, Issue 8) 표지 논문(Cover Article)으로 선정되었다. 이는 연구의 독창성과 실용성, 학문적 기여도를 동시에 인정받은 결과로 풀이된다. 

  이번 연구는 국방기술진흥연구소가 지원하는 특화연구실 사업의 일환으로 진행되었으며, 우리 대학 황완식 교수 연구팀을 중심으로 KAIST 조병진 교수 연구팀, 한국전기연구원 김형우 박사 연구팀, 동아대학교 김정한 교수 연구팀이 공동으로 연구에 참여했다. 

  공동 제1저자는 류희중‧김선재 연구원, 교신저자는 황완식 교수이며, 연구 논문 제목은 'Formation of Ga₂O₃ and NiO Thin Films at Low Process Temperatures for PN Heterojunction Diodes' 이다.

* 사진 위쪽부터 황완식 교수, 류희중 연구원, 김선재 연구원

  이번 연구의 주요 성과는 ‘산화갈륨(Ga₂O₃)’이라는 차세대 반도체 소재를 활용해 저온 공정으로 이종접합 다이오드를 제작하고, 이를 통해 뛰어난 성능을 확인한 점에 있다. 기존 반도체 소자는 주로 실리콘(Si)을 기반으로 만들어졌지만, 산화갈륨은 실리콘보다 넓은 '밴드갭(Bandgap)'을 갖고 있어 높은 전압을 견디는 데 유리하다. 이 때문에 산화갈륨은 전기차, 철도 등 고전력이 필요한 첨단 분야에서 미래 소재로 주목받아 왔다. 또한 방사선 저항성이 높아, 극한 환경에서의 안정성이 요구되는 항공우주 분야에서도 다양하게 응용될 수 있을 전망이다. 

  그러나 산화갈륨을 활용한 소자를 제작하려면 매우 높은 온도(900℃ 이상)에서 공정을 진행해야 한다는 문제가 있었다. 고온 공정은 생산비용을 높이고, 열에 약한 다른 재료들과 함께 사용할 수 없다는 제약을 만들었다.

  이에 우리 대학 연구팀은 '스퍼터링'이라는 공정을 이용해 산화니켈(NiO)과 산화갈륨 박막을 400℃ 이하의 저온 공정으로 적층하는 데 성공했다. 이 공정을 통해 제작된 이종접합 다이오드는 정류 특성(전류의 방향을 제어하는 능력)과 절연 파괴 거동(전압이 높을 때 재료가 견디는 성질) 면에서 뛰어난 결과를 보였다.

  황완식 교수는 "이번 연구를 통해 향후 산화갈륨 기반 소자와 다양한 저온 소재를 결합해 새로운 응용 가능성을 열 수 있을 걸로 기대한다“고 설명했다. 

논문 링크 : https://doi.org/10.1021/acsaelm.5c00092