UNIST 반도체 산업 활용도 높인다…접합 성능 높인 다이오드 개발

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UNIST 박기복 교수팀

박기복 교수팀 그래핀 끼워 '이상적인 다이오드' 개발

【울산=뉴시스】구미현 기자 = UNIST(울산과학기술원)는 그래핀을 활용해 전자기기에 쓰이는 금속·반도체 접합 다이오드의 성능을 높일 새로운 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

이 기술은 반도체 산업에서 당장 그래핀을 쓸 수 있는 방법이어서 산업적으로도 활용 가치가 높다.

연구팀에 따르면 반도체 표면에 금속막을 증착해 만드는 금속과 반도체 접합 다이오드는 역사적으로 가장 오래 되고 대표적인 반도체 소자이다.

그러나 두 물질의 접합면에서 서로간 원자가 뒤섞이는 현상이 나타나 이상적인 다이오드 제작이 어려웠다. 접합면에서 원자들이 확산되면 물질 간 경계가 흐려지고 전류 누설이 급격히 늘어나는 문제가 발생하기 때문이다.

박기복 자연과학부 교수팀은 이 문제를 금속과 반도체 접합면에 그래핀을 끼워 넣는 것으로 해결했다. 탄소 원자 한 층으로 이뤄진 그래핀이 두 물질 사이에 들어가자 원자끼리 섞이는 현상이 거의 사라지고 동작 특성도 이론적 예측과 잘 부합한 것이다.

박 교수는 "그래핀을 이루는 탄소 원자 사이 공간에는 양자역학적 전자 밀도가 높아 어떤 원자도 투과할 수 없다"며 "이런 특성을 지닌 그래핀을 금속과 반도체 접합면에 끼워 넣으면 기존에 피할 수 없었던 원자 확산 문제를 해결할 수 있다"고 말했다.

또 이번 연구는 '실리콘 반도체의 경우 금속의 종류에 관계없이 접합면의 전기적 특성이 거의 변하지 않는다'는 이론적 예측을 확인했다는 물리학적인 의미도 있다

이 부분은 새로 제작한 금속과 그래핀 그리고 반도체 접합 다이오드의 전자 에너지 장벽을 측정하는 실험을 통해 검증됐다.

이 실험은 UNIST 대학원생 4명(윤훈한, 정성철, 최가현, 김준형)이 학부생 시절 개발한 '내부광전자방출 측정 시스템'이 크게 기여했다.

이 시스템은 2012년 한국과학창의재단에서 지원하는 학부생연구프로그램 과제의 결과로 개발된 것이다.

박 교수는 "학부생 때부터 지금까지 연구에 필요한 모든 과정을 학생들이 팀을 꾸려 수행해 왔다"며 "한 가지 주제를 끈기 있게 탐구하면서 얻어낸 가치 있는 연구성과"라고 평가했다.

이번 연구는 정후영 UNIST 연구지원본부 교수, 김관표 자연과학부 교수, 권순용 신소재공학부 교수, 김용수 울산대학교 물리학과 교수 등이 공동으로 참여했다.

연구 결과는 '나노 레터스 (Nano Letters)' 1월호에 게재됐다.

gorgeouskoo@newsis.com

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