빛 따라 변하는 `2차원 반도체`

IBS 조문호 연구팀 구현 성공
"기능 바꾸는 소자 제작 가능"

  • 프린트
  • 페이스북
  • 트위터
  • 카카오스토리


빛 따라 변하는 `2차원 반도체`
조문호 IBS 원자제어 저차원 전자계 연구단 부연구단장 연구팀은 2차원 반도체 물질을 빛의 파장과 세기에 따라 기능을 바꿀 수 있는 '카멜레온 반도체' 기술을 개발했다. 사진은 카멜레온 2차원 반도체 도핑 과정으로, 자외선을 쬐었을 때, n형 반도체로 변하고, 가시광선을 쬐면 p형 반도체로 변화된다.

IBS 제공


차세대 반도체 물질로 각광받고 있는 2차원 반도체 물질을 빛의 파장과 세기에 따라 자유자재로 기능을 바꿀 수 있는 이른바 '카멜레온 반도체' 구현이 가능해졌다.

우리 기술진이 이뤄낸 쾌거다. 2차원 반도체는 원자 여러 개 두께의 얇은 반도체다.

기초과학연구원(IBS) 원자제어 저차원 전자계연구단은 조문호 부연구단장(포스텍 신소재공학과 교수) 연구팀이 2차원 반도체 물질을 서로 다른 파장의 빛을 이용해 도핑(첨가물을 넣어 물질의 성격을 개선하는 것) 하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.

2차원 반도체는 얇고 유연해 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다.

반도체는 도핑하는 불순물에 따라 전자가 많은 'n형'과 정공이 많은 'p형'으로 나뉜다. n형과 p형을 접합시켜야 트랜지스터가 돼 단일 집적회로로 구현할 수 있다. 지금까지 'n형', 'p형' 은 각기 다른 도핑 과정을 거쳐야 해 도핑후에는 성질을 바꿀 없는 한계가 있었다. 하지만 이번 연구팀은 이 한계를 극복한 것이다.

연구팀은 2차원 반도체인 '이텔루륨화몰리브덴'이 빛의 세기와 파장에 따라 자외선은 n형, 가시광선은 p형으로 도핑할 수 있다는 사실을 확인했다.

파장이 짧아 강한 에너지를 가진 자외선은 텔루륨-몰리브덴 간 원자 결합을 끊어 전자가 더 많아져 n형 반도체로 변한다. 이와 반대로, 가시광선은 텔루륨 원자가 있던 자리를 산소로 치환해 물질 전체에 정공이 많아져 p형 반도체로 변한다. 이 같은 현상은 이셀레늄화텅스텐 등 다른 2차원 반도체에서도 동일하게 발생했다.

연구팀은 2차원 반도체 도핑 현상을 이용해 먼저 레이저를 쏘아 n형과 p형 반도체로 만들어 '인버터(입력과 반대되는 출력을 내는 회로)'를 제작한 후, 다시 빛을 가해 정반대 기능을 갖는 부품인'스위치(입력과 동일한 출력을 내는 회로)'로 바꾸는 데 성공했다.

조문호 부연구단장은 "n형과 p형 반도체를 빛의 파장과 세기를 이용해 자유자재로 도핑한 이후, 다른 기능으로 바꿀 수 있는 소자로 제작할 수 있다는 것을 규명한 연구라는 데 의미가 있다"고 말했다.

이번 연구결과는 전자 소자 분야의 국제 학술지 '네이처 일렉트로닉스'(15일자)에 실렸다.

이준기기자 bongchu@dt.co.kr




[저작권자 ⓒ디지털타임스 무단 전재-재배포 금지]