[이웅재 학생/김기훈 교수 창의 연구단] 투명하면서 높은 전하이동도를 가지는 BaSnO3에 관한 리뷰 논문 게재 (Annual Review of Materials Research)
우리 학부 김기훈 교수 창의 연구단 (제 1저자 : 이웅재 학생)이 상온에서 높은 전하이동도와 고온에서 안정된 전기적 특성을 보이는 BaSnO3 관련 최신 연구에 대한 리뷰 논문을 Annual Review of Materials Research (IF=10.390)에 게재하였다. BaSnO3는 투명 전도성 산화물 (transparent conducting oxides) 또는 투명 산화물 반도체 (transparent oxide semiconductors)인데, 이러한 물질들은 가시광선 영역에서 투과도가 약 80 % 이상으로 투명하면서도 상대적으로 높은 전기전도도 (~10^-8 – 10^3 S cm-1)로 인해 투명 전자소자의 전극과 관련 능동소자 (FET, pn junction)로 활발하게 연구되고 있다. 2012년 김기훈 교수 연구단은 입방 페로브스카이트 구조의 넓은 밴드갭 (~3.1 eV)을 가지는 La이 도핑된 BaSnO3, 즉 (Ba,La)SnO3 단결정을 Cu2O+CuO 플럭스를 이용한 융제법으로 세계 최초로 성장하여, 가시광선 영역에서 투명한 동시에 전자농도 10^20 cm-3 근방에서 320 cm2V-1s-1의 높은 상온 전하이동도를 갖는다는 것을 보고하였다 [1,2]. 이 전하이동도는 전자농도 10^20 cm-3 근방의 페로브스카이트 산화물 가운데 상온에서 가장 높은 값이다. 또한, 530도의 고온 공기 분위기에서 (Ba,La)SnO3의 저항 변화가 2 % 이내로 작은 것을 발견하여 BaSnO3 물질이 고온에서도 안정된 전기적 특성을 보인다는 것을 보고하였다. 이 논문은 2012년 이후 전세계적으로 활발히 연구가 진행중인 BaSnO3 단결정 & 박막 합성, 물성 분석 그리고 투명소자응용 등에 대한 최근 연구결과를 소개하는 첫번째 리뷰 논문으로, 향후 BaSnO3 기반 이종접합구조 2차원 전자 소자 구현을 위한 핵심 아이디어, 관련 연구 동향 그리고 향후 전망도 함께 논하고 있다.
[1] H. J. Kim, U. Kim, H. M. Kim, T. H. Kim, H. S. Mun, B.-G. Jeon, K. T. Hong, W.-J. Lee, C. Ju, K. H. Kim, and K. Char, Appl. Phys. Express 5, 061102 (2012).
[2] H. J. Kim, U. Kim, T. H. Kim, J. Kim, H. M. Kim, B.-G. Jeon, W.-J. Lee, H. S. Mun, K. T. Hong, J. Yu, K. Char, and K. H. Kim, Phys. Rev. B 86, 165205 (2012).
Abstract : Transparent conducting oxides (TCOs) and transparent oxide semiconductors (TOSs) have become necessary materials for a variety of applications in the information and energy technologies, ranging from transparent electrodes to active electronic components. Perovskite barium stannate (BaSnO3), a new TCO or TOS system, is a potential platform for realizing optoelectronic devices and observing novel electronic quantum states due to its high electron mobility, excellent thermal stability, high transparency, structural versatility, and flexible doping controllability. This article reviews recent progress in the doped BaSnO3 system, discussing the wide physical properties, electron-scattering mechanism, and demonstration of key semiconducting devices such as pn diodes and field-effect transistors. Moreover, we discuss the pathways to achieving two-dimensional electron gases at the interface between BaSnO3 and other perovskite oxides and describe remaining challenges for observing novel quantum phenomena at the heterointerface.
Keywords : BaSnO3, transparent conducting oxide, high mobility, thermal stability, heterostructure, perovskite
DOI: 10.1146/annurev-matsci-070616-124109