국내 연구진이 온도에 따라 반도체에서 도체로 변하는 2차원 신소재를 활용해 전력손실이 적고 속도가 매우 빠른 차세대 반도체 소자를 개발했다.
미래창조과학부는 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단(단장 이영희)과 성균관대학교 에너지과학과 연구팀이 공동으로 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0.8㎚ 두께의 '다이텔레륨 몰리브데늄(MoTe2)'을 이용한 반도체 소자를 개발했다고 7일 밝혔다.
MoTe2는 상온에서는 반도체 상태지만 고온에 노출됐다 상온으로 돌아오면 도체로 변하는 등 반도체와 도체의 물성을 함께 가진 신소재다. 그래핀처럼 원자 하나 두께의 2차원 평면물질로, 3차원 물질인 기존 실리콘 소자의 소형화 한계를 극복할 대안으로 주목받고 있다.
연구팀은 MoTe2의 성질을 응용해 반도체 소자의 전극접합 부위에 레이저를 쬐는 방법으로 전류가 잘 흐르는 도체로 바꿔 소자를 제작했다. 보통 반도체 소자는 전극역할을 하는 도체(금속)와 전자의 통로역할을 하는 반도체 물질을 접합해 제작하는데, 두 물질 간 경계면의 전기저항이 커 소자 작동에 필요한 에너지 중 3분의 2가 열에너지로 소모된다. 하지만 연구팀이 개발한 소자는 반도체 소자의 특성을 유지하면서 금속전극과 접합 부위만 도체 상태로 바뀌기 때문에 두 물질 경계에서 생기는 저항이 낮아져 에너지 손실은 줄이고 소자의 효율은 높아졌다. 이 소자는 전자기기의 동작속도를 좌우하는 전자이동도가 기존 2차원 반도체 소자와 비교해 50배 이상 커져 초고속·저전력 전자기기 구현이 가능하고, 공정이 간단해 제작비용을 줄일 수 있는 것이 장점이다. 앞으로 소재의 대면적화, 표면가공 기술 등의 개발을 통해 상용화가 가능할 것으로 예상된다.
연구를 주도한 양희준 교수는 "2차원 소재의 상전이 제어로 새로운 소자 개념을 제시했다"며 "5년내 반도체 산업에 응용 가능한 소자를 개발할 것"이라고 말했다.
연구결과는 이 날 세계 최고권위의 과학저널 사이언스(Science)에 게재됐다.
남도영기자 namdo0@dt.co.kr
미래창조과학부는 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단(단장 이영희)과 성균관대학교 에너지과학과 연구팀이 공동으로 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0.8㎚ 두께의 '다이텔레륨 몰리브데늄(MoTe2)'을 이용한 반도체 소자를 개발했다고 7일 밝혔다.
MoTe2는 상온에서는 반도체 상태지만 고온에 노출됐다 상온으로 돌아오면 도체로 변하는 등 반도체와 도체의 물성을 함께 가진 신소재다. 그래핀처럼 원자 하나 두께의 2차원 평면물질로, 3차원 물질인 기존 실리콘 소자의 소형화 한계를 극복할 대안으로 주목받고 있다.
연구팀은 MoTe2의 성질을 응용해 반도체 소자의 전극접합 부위에 레이저를 쬐는 방법으로 전류가 잘 흐르는 도체로 바꿔 소자를 제작했다. 보통 반도체 소자는 전극역할을 하는 도체(금속)와 전자의 통로역할을 하는 반도체 물질을 접합해 제작하는데, 두 물질 간 경계면의 전기저항이 커 소자 작동에 필요한 에너지 중 3분의 2가 열에너지로 소모된다. 하지만 연구팀이 개발한 소자는 반도체 소자의 특성을 유지하면서 금속전극과 접합 부위만 도체 상태로 바뀌기 때문에 두 물질 경계에서 생기는 저항이 낮아져 에너지 손실은 줄이고 소자의 효율은 높아졌다. 이 소자는 전자기기의 동작속도를 좌우하는 전자이동도가 기존 2차원 반도체 소자와 비교해 50배 이상 커져 초고속·저전력 전자기기 구현이 가능하고, 공정이 간단해 제작비용을 줄일 수 있는 것이 장점이다. 앞으로 소재의 대면적화, 표면가공 기술 등의 개발을 통해 상용화가 가능할 것으로 예상된다.
연구를 주도한 양희준 교수는 "2차원 소재의 상전이 제어로 새로운 소자 개념을 제시했다"며 "5년내 반도체 산업에 응용 가능한 소자를 개발할 것"이라고 말했다.
연구결과는 이 날 세계 최고권위의 과학저널 사이언스(Science)에 게재됐다.
남도영기자 namdo0@dt.co.kr
[ 저작권자 ⓒ디지털타임스, 무단 전재 및 재배포 금지 ]
