영하 90도서 작동 2차원 반도체 개발

박진홍·김용훈 교수 공동연구팀
내부 빈 공간 전하 이동현상 활용

국내 연구진이 영하 90℃의 혹한에서 작동하는 2차원 반도체 소자를 개발했다.

박진홍 성균관대 전기전자공학부 교수와 김용훈 KAIST 교수 공동연구팀은 전하가 2차원 반도체 내부의 빈 공간을 지나 이동하는 현상을 이용해 추운 지역에서 작동하는 반도체 소자를 개발했다고 지난달 31일 밝혔다.

연구팀은 2차원 반도체 물질인 그래핀과 이셀레늄화텅스텐을 수직으로 쌓은 전자소자를 제작했다.

이 소자는 온도가 내려갈수록 전류가 감소하는 일반적인 2차원 전자소자와 달리 주위 온도가 내려가도 동작 전류가 늘어나고 누설전류는 감소하는 새로운 특성을 보였다. 이는 반도체 소자 제작에 사용된 이셀레늄화텅스텐의 빈 공간을 전하가 이동하는 '터널링' 현상 때문이라는 점을 연구팀은 발견했다.

이를 토대로 전원이 켜진 상태에서 흐르는 전류 양이, 꺼진 상태에서 흐르는 전류 양보다 1000만배 높다는 것을 영하 90℃에서 관찰했다.

이는 실리콘 반도체 소자와 비교해 1000배 높은 수치로, 소자에 흐르는 전류의 양을 효과적으로 제어할 수 있음을 실험적으로 확인한 결과라는 게 연구팀의 설명이다.

박진홍 교수는 "이 연구는 기온이 내려가도 정상적으로 작동하는 새로운 전하 이동 원리를 발견한 것"이라며 "전자제품의 스위칭 소자와 회로 연구에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구는 미래부 기초연구사업과 글로벌프론티어사업 지원을 받아 수행됐으며, 나노소재·소자 분야의 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'에 최근 발표됐다.

대전=이준기기자 bongchu@