중부양 닮은 '2차원 반도체' 고성능 소자 구현

KAIST 정연식 교수팀 "아래쪽 기판 영향 최소화 원리"

[대전=이한영 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 정연식 신소재공학과 교수 연구팀이 차세대 반도체를 나노 크기 돔 구조체 위에 올리는 방식으로 고성능 전자소자를 구현했다고 24일 밝혔다.

2차원 반도체 소재는 기존 실리콘 반도체 물리적인 성능 한계를 극복할 수 있는 대안으로 떠오르고 있다.

다만, 2차원 반도체를 받치는 기판 영향 때문에 성능과 신뢰성을 확보하는 데 한계가 있다.

외부 조건을 원천적으로 없앨 방법 중에는 2차원 반도체를 공중에 매달린 구조로 설계하는 기술이 학계에 보고된 바 있다.

해당 기술은 반도체층 하단을 지지하는 구조물이 없어서 기계적 내구성을 높이는 게 관건이다.

정 교수 연구팀은 2차원 반도체 아래쪽에 산화규소 재질 초미세 돔형 구조물을 촘촘히 만드는 아이디어를 제시했다.

연구팀의 돔형 구조물에는 공간이 90％ 넘게 존재한다.

마치 기판 위에 반도체가 공중 부양하는 것과 유사한 효과를 보인다는 뜻이다.

이를 기반으로 기계적으로 안정적이면서 접촉 면적과 기판 영향을 최소화할 수 있다.

일반적으로 초미세 돔형 구조물을 제작하려면 패턴을 일일이 새겨주는 비싼 장비가 필요하다.

연구팀은 그러나 분자가 스스로 움직여 나노 구조물을 형성하는 자기조립 현상을 활용해 저 비용으로 돔 구조를 구현했다고 설명했다.

기존 반도체 공정과도 높은 호환성을 보였다.

이 기술을 활용하면 기존보다 2차원 반도체 전자이동 능력은 2배 이상, 빛 감지 성능은 10배 이상 향상한다고 연구팀은 덧붙였다.

정 교수는 "다양한 2차원 반도체 소재 말고도 금속성 2차원 소재인 그래핀 특성 향상에 동일하게 적용될 수 있다"며 "다양한 분야에서 활용할 수 있는 범위가 클 것으로 기대한다"고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부ㆍ한국연구재단 미래소재 디스커버리 사업 지원을 받아 수행했다.

박사과정 임순민 연구원이 제 1저자로 이름을 올린 논문은 지난 3일 나노 레터스(Nano Letters) 온라인판에 실렸다.

이한영 기자