성균관대, 반도체‧도체 물성 신소재 개발 … 기존공정서 제작 가능
화학뉴스 2015.08.07
국내 연구진이 외부환경에 따라 몸의 색깔이 변하는 카멜레온처럼 온도에 따라 반도체에서 도체로 변신하는 2차원 신소재를 활용해 전력손실이 적고 속도가 매우 빠른 차세대 반도체 소자를 개발했다.기초과학연구원은 나노구조물리연구단과 성균관대학교 에너지과학과 연구팀이 카멜레온 신소재를 이용해 고속으로 동작하는 2차원 반도체 소자를 개발했다고 8월7일 발표했다. 신규 반도체 소자는 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0.8nm 두께의 다이텔레륨 몰리브데늄(MoTe2)을 이용해 개발했으며 소형화에 한계가 있는 실리콘(Silicone)을 대신해 휘어지고 늘어나는 차세대 소자용으로 급부상할 것으로 기대되고 있다. 다이텔레륨 몰리브데늄은 상온에서 반도체 상태이나 고온에 노출된 후 상온으로 돌아오면 도체로 변하는 등 반도체와 도체의 물성을 동시에 가지고 있어 전자소자 및 센서, 광소자 등의 신소재로 꼽히고 있으며, 그래핀(Graphene)처럼 원자 하나 두께의 2차원 평면물질로 3차원 물질인 기존 실리콘 소자의 소형화 한계를 극복할 대안으로 주목받고 있다. 연구진은 소자를 만들 때 반도체 소자의 특성을 유지하면서 금속전극과의 접합 부위만 도체상태로 바꾸어 두 물질 경계에 생기는 저항을 낮춤으로써 에너지손실을 줄이는 한편 소자의 효율을 올리는데 성공했으며, 5월 섭씨 500도 이상에서 반도체 성질이 금속 성질로 바뀌는 소재 특성을 밝힌데 이어 레이저를 쬐는 간단한 방법을 이용해 신개념의 반도체 소자를 제작할 수 있음을 증명했다. 전자기기의 동작속도를 좌우하는 전자이동도가 2차원 반도체 소자 대비 50배 이상 커 초고속, 저전력 전자기기 구현에 적합하고, 공정이 간단해 제작비용을 줄일 수 있는 것이 장점이다. 연구성과는 특히 2차원 물질을 반도체로 활용하는 데 큰 걸림돌이었던 기존 반도체 장비 재활용을 가능하게 했다는 점에서 높이 평가되고 있다. 이영희 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리단장은 “반도체산업은 50년 동안 실리콘을 이용해 왔기 때문에 공정을 바꾸기가 쉽지 않을 것”이라며 “연구는 기존공정을 사용해도 2차원물질로 반도체를 만들 수 있음을 확인한 성과로 기존 실리콘 반도체 장비를 활용함으로써 차세대 반도체 상용화를 획기적으로 앞당길 수 있을 것”이라고 밝혔다. <화학저널 2015/08/07> |
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