KAIST, 기존 다이오드가 갖는 열적거동 한계 극복
금속 대신 그래핀 활용...저전력 정류소자 구현
국내 연구진이 그래핀 전극을 기반으로 저전력 고성능 다이오드 소자를 개발했다. 최소 전압과 전력으로 태양광 소자나 광검출기 등에 유용할 전망이다.
KAIST는 조성재 교수 연구팀이 흔히 쓰이는 쇼트키 다이오드가 갖는 열적 거동의 한계를 뛰어 넘는 그래핀 전극 기반의 '저전력 정류 소자'를 개발했다고 26일 밝혔다.
다이오드는 스위치, 광센서, 태양광 소자 등 많은 전자장비에 쓰이고 있지만, 열전하 방출에 의한 열적거동으로 인해 많은 전력이 소모된다. 이 가운데 쇼트키 다이오드는 반도체 물질과 금속을 접합했을 대 두 물질의 계면에서 형성되는 장벽(쇼트키 장벽)에 의해 전류를 한 방향으로 흐르게 하는 정류 현상이 일어난다. 쇼트키 다이오의 성능을 보여주는 이상지수는 다이오드 전류를 10배 증가시키는 데 필요한 전압의 값과 연관된 수치로, 열적거동 한계로 상온에서 1 이상의 값을 반드시 가져야 한다.
연구팀은 다이오드에서 사용됐던 금속 대신 그래핀을 활용해 기존 다이오드의 이상지수 한계를 뛰어넘는 초이상적 저전력 정류 소자를 개발했다. 단층의 이황화 몰리브덴에 단층 그래핀과 다층 그래핀의 비대칭적 접촉을 통해 계면 문제를 해결한 쇼트키 다이오드를 구현한 것으로, 넓은 전류 작동범위(1∼1만 배 전류범위)에서 이상지수의 값이 1 미만을 갖는 열적거동 한계를 극복한 성능을 달성했다.
또한 다이오드의 온(on)·오프(off) 상태의 비율인 정류비가 1억 이상으로 기존에 보고됐던 다이오드보다 2∼10배 낮은 전압으로 기존 다이오드보다 높은 전류의 정류 작동이 가능했다.
조성재 KAIST 교수는 "1 미만의 이상 지수를 갖는 고성능 저전력 쇼트키 다이오드를 개발한 것은 세계에서 처음"이라며 "그래핀과 같은 2차원 물질 기반의 저전력 다이오드 소자를 다양한 저전력 집적회로에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(7월호)' 온라인판에 실렸으며, 명규호·신원길 박사, 성경환 박사과정생이 공동 제1저자로 연구에 참여했다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
조성재 KAIST 물리학과 교수는 쇼트키 다이오드가 갖는 열적 거동의 한계를 뛰어넘는 저전력 정류소자를 세계에서 처음으로 개발했다. KAIST 제공
