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중국과학원 허페이(合肥) 물질과학 연구원 산하 고체 물리 연구소 연구팀은 관련 전자 재료의 p형 투명 전기 전도 박막 연구를 실행하고 관련되는 산화물 속에서 전자 관련 강도의 조절은 고성능 p형 TCO 재료를 개발할 실마리를 보여줌.

투명 전도성 산화물(TCO) 박막은 광학 투명과 전기 전도성을 갖춘 재료로서 디스플레이 분야의 필수 재료임. 하지만 현재 실제 응용되고 있는 TCO 재료는 모두 n형에 속하며, 고성능 p형 재료의 부족은 TCO 재료의 응용을 심각히 제약하고 있는데 그 원인은 금속 산화물 자체의 전자 구조로 인해 발생되며, 금속 산화물 중의 금속 원자와 산소 원자는 이온 결합 방식으로 결합되었고, 원자가 밴드(valence band)는 강한 국지화(localization)의 O2p 궤도로 구성되어 금속 산화물 공동의 유효 질량이 크고, 공동 이동 비율이 낮고 공동 도핑 성능이 떨어지게됨. 연구팀은 재료의 전자구조 차원에서 출발하여 관련 되는 산화물에서 전자 간의 쿨롬 상호 역할(Coulomb interaction)으로 인해 조성되는 전자 관련 상황을 활용하여 고성능 p형 TCO를 탐색하는 아이디어를 제시하였음. 연구팀은 한 면으로 전자 관련 원자가 밴드가 전이 금속 이온의 d 궤도로 구성되거나 O 2p 궤도와의 하이브리드 구성을 통해 재료의 p형 전기 전도성을 보증하였으며, 다른 한 면으로 전자 관련은 캐리어의 유효 질량 증가를 조성하여 가시광선 구역에서 투명 창구를 여는데 유리할 수 있도록 하였음. 전자 관련 부분은 고성능 p형 TCO 재료를 탐색하는 핵심적인 매개 변수가 되고 있는데 연구팀은 이런 상황을 기반으로 하여 전자 관련 강도가 비교적 작은 V2O3 박막에서 p형 전기 전도성과 광학 투명성의 양호한 균형을 실현할 수 있다는 점을 발견하였음. 다양한 두께의 V2O3 박막은 양호한 전기 전도성(400-2122Scm^-1)을 유지하는 동시에 비교적 높은 가시광선 구역 투과율(40%-78%)을 보유하고 있으며 투명 창구는 0.97-3.6eV 수준에 달하고 있음.

본 연구 성과는 Physical Review Applied에 게재됨