보도자료

반도체-금속 성질 자유자재로 제어해 고성능 2차원 반도체 만든다

[2017 09] 조문호 교수

전위장벽 사라져 전류흐름 개선 전자기기 작아져도 성능은 UP

관리자 | 2017.09.19 11:47 | 조회 1525






기초과학연구원(IBS) 원자제어 저차원 전자계 연구단 염한웅 단장(물리학과)과 조문호 부연구단장(신소재공학과) 연구팀은 반도체성과 금속성을 선택적으로 제어하여 새로운 2차원 물질을 합성하는데 성공했다. 동일한 2차원(원자층) 물질로 일부는 금속성을 띠게 하고, 일부는 반도체 성질을 갖도록 한 것이다. 원자 수준에서 이러한 반도체-금속 접합 구조를 합성한 것은 처음이다.

연구팀은 통상적인 2차원 전위 장벽*1을 동일 원자층 내에서 1차원으로 구현하여, 전위 장벽을 낮춘 고성능 트랜지스터 소자를 선보였다. 기존 실리콘 반도체 소자의 경우 반도체와 금속 접합이 2차원 평면이지만, 동일 원자층 내에서의 접합은 선으로 이루어지므로 전위 장벽이 1차원이 되는 것이다. 두 물질이 접할 때 전위차 때문에 전자의 이동이 방해받는 곳이 전위 장벽이고, 이 때 발생하는 저항을 접촉 저항이라 한다. 전위 장벽이 높으면 접촉 저항도 커지고, 그만큼 반도체 소자의 성능은 떨어진다.

이로써 그래핀 등 2차원 물질로 반도체 소자를 만들 때 걸림돌이던 접촉 저항 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 접촉 저항을 크게 줄이면 획기적인 반도체 기술개발로 이어질 수 있다.

휴대전화와 컴퓨터 등 전자제품의 소형화 추세에 따라 2차원 층상 물질은 기존의 실리콘 반도체를 대체할 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다. 하지만 금속 전극에서 2차원 반도체 소재로 전자가 이동할 때의 경계면 차이가 자유로운 전자이동을 방해하여 성능을 저해하는 것이 문제였다.

조 부단장 연구팀은 문제해결을 위해 2차원 반도체 물질인 전이금속-칼코겐 층상 화합물(transition-metal chalcogenides)로 신물질을 합성했다. 전이금속 칼코겐 화합물은 그래핀과 유사한 2차원 층상구조 물질로 투명성과 유연성이 우수하여 차세대 전자소자로 주목받고 있다. 특히 전이금속과 칼코겐 원자 간에 다양한 화학결합이 가능하기 때문에 단일 물질로 반도체성과 금속성이라는 다른 성질을 선택적으로 구현할 수 있다. 같은 물질이라 해도 결정구조가 다르면 성질이 달라진다. 탄소로 구성된 흑연과 다이아몬드가 대표적인 예다.

연구팀은 이러한 특성에 주목하여 전이금속-칼코겐 화합물의 일종인 이텔루륨화몰리브덴(MoTe2)을 기상 원자층 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)*2으로 합성시, 증착 온도가 상대적으로 저온에서는 반도체성을, 고온에서는 금속성을 띤다는 사실을 밝혔다. 연구팀은 반도체성과 금속성을 선택적으로 제어할 뿐 아니라 동일 원자층 평면 내에 넓은 면적으로 합성하는 데도 성공하였다.

연구팀이 개발한 새로운 반도체-금속 접합 구조는 원자 수준에서 매우 균일하며, 접합 부분에서 전위 장벽이 매우 낮다. 실제로 반도체와 금속 간 접촉 저항을 기존의 10분의 1로 줄인 트랜지스터로 작동할 수 있음을 확인했다. 연구팀은 이셀레늄화텅스텐(WSe2), 이텔루륨화텅스텐(WTe2) 등 다른 종류의 전이금속-칼코겐 화합물에서도 반도체성과 금속성을 선택적으로 제어할 수 있음을 확인했다. 연구팀이 제안한 원자층 증착법을 통한 신물질 합성은 원자 수준에서 반도체성, 금속성의 이종 물질 접합이 가능함을 보여준다. 또한 다른 다양한 2차원 원자층 물질 합성으로 확장이 가능하여 향후 기반 기술로 활용될 수 있을 것이다.

이번 연구를 이끈 조문호 부연구단장은 “원자층 수준의 2차원 신물질 합성이 새로운 반도체 기술에 직접적으로 적용된 연구 결과”라고 밝혔다.

이번 연구성과는 과학기술분야 세계적인 학술지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 38.986) 온라인판에 9월 18일 게재되었다.




176개(1/9페이지)
보도자료
번호 제목 글쓴이 조회 날짜
176 포스텍 연구팀, 혈당 측정과 함께 인슐린 투여 가능한 렌즈도 개발 사진 첨부파일 관리자 261 2018.11.29 17:16
175 포스텍 정운룡·김철홍 교수팀, ‘미세혈관·세포 관찰’ 광음향 조영제 개발 사진 첨부파일 관리자 262 2018.11.29 16:50
174 포스텍 김종규 교수팀, 섬유 질감 구별하는 촉각 센서 개발 사진 첨부파일 관리자 682 2018.11.08 11:24
173 2018 중앙일보 대학평가 '혁신대학 평가' 사진 첨부파일 관리자 910 2018.10.31 10:24
172 에스에프씨, 화이바이오메드와 간암 표적항암제 개발 위한 기술이전 계약 체 관리자 647 2018.10.30 11:10
171 차별화된 기술력으로 광통신 분야에 새로운 패러다임 제시 첨부파일 관리자 776 2018.10.26 11:14
170 2차원 반도체 상용화 실마리 열었다 사진 첨부파일 관리자 1139 2018.09.14 11:05
169 인간의 뇌 기능 흉내낸 ‘인공 시냅스 소자’ 개발 사진 관리자 1347 2018.08.28 14:26
168 포스텍 한세광 교수가 만든 벤처기업 70억원 투자 유치 사진 관리자 1768 2018.06.11 11:25
167 원자력연, 첨단 융복합 분석 기술 심포지엄 개최 관리자 1648 2018.04.27 09:23
166 [KISTI 과학향기]영화적 상상을 현실로, 소재로 여는 미래 세계 관리자 1161 2018.04.16 10:54
165 포브스 선정 ‘아시아의 영향력 있는 젊은 과학계 리더 선정’ 신소재 우성 사진 첨부파일 관리자 1083 2018.04.10 13:37
164 신소재 권순주 명예교수, 포스코엠텍 사외이사 재선임 관리자 738 2018.03.13 11:39
163 소화제 '버블' 이용 막힌 혈관 뚫는 스마트 스텐트 개발 사진 첨부파일 관리자 1164 2018.01.23 11:53
162 연구재단, 원자력 아이디어 공모전 시상식 개최 사진 첨부파일 관리자 963 2018.01.08 11:19
161 포스텍 한세광 교수, 보건복지부 장관 표창 수상 사진 첨부파일 관리자 1027 2017.12.15 10:50
160 ‘제3회 과학치안 아이디어 공모전‘ 시상식 개최 사진 관리자 1154 2017.12.07 11:33
159 [산학협력]국내 최초 ‘산학일체교수’ 도입… 산학협력, ‘세계 1위’ 자 사진 관리자 721 2017.12.07 11:30
158 경북 고교·대학생 7명 '한국 인재상' 사진 관리자 791 2017.12.07 11:30
157 신소재 연구 패러다임 주도하는 '미래소재디스커버리'…"성과도 주목" 관리자 835 2017.11.08 10:55