미래부 기초과학연구원, ‘카멜레온’ 2차원 신소재 활용 차세대 반도체 소자 개발

[레이저를 이용한 반도체-도체 계면 유도 소자 개념도. 사진제공-미래부]

아주경제 정광연 기자 =국내 연구진이 외부 환경에 따라 몸의 색깔이 변하는 카멜레온처럼 온도에 따라 반도체에서 도체로 변신하는 2차원 신소재를 활용해 전력손실이 적고 속도가 매우 빠른 차세대 반도체 소자를 개발했다.

머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0.8nm 두께의 다이텔레륨 몰리브데늄을 이용한 것으로 소형화에 한계가 있는 실리콘을 대신해 휘어지고 늘어나는 차세대 소자용 소재로 급부상할 전망이다.

미래창조과학부(장관 최양희, 이하 미래부)는 7일, 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철)의 나노구조물리연구단(단장 이영희)과 성균관대학교 에너지과학과 연구팀이 이번 연구를 공동 수행했다고 밝혔다.

통상 반도체 소자는 전극역할을 하는 도체(금속)와 전자의 통로역할을 하는 반도체 물질을 접합해 제작하는데, 두 물질 간 경계면의 전기저항이 커 소자 작동에 필요한 에너지 중 3분의 2가 열에너지로 소모된다.

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연구진은 새로운 소자를 만들 때, 반도체 소자의 특성을 유지하면서 금속전극과의 접합 부위만 도체상태로 바꿔 두 물질 경계에서 생기는 저항을 낮춤으로써 에너지 손실을 줄이는 한편 소자의 효율을 올리는 데 성공했다.

연구진은 지난 5월 500℃이상 온도에서 반도체 성질이 금속성질로 바뀌는 소재 특성을 밝힌데 이어, 레이저를 쬐는 간단한 방법을 이용하여 신개념의 반도체 소자를 제작할 수 있음을 증명했다.

전자기기의 동작속도를 좌우하는 전자이동도가 기존(2차원 반도체 소자) 대비 50배 이상 커 초고속, 저전력 전자기기 구현에 적합하고 공정이 간단해 제작비용을 줄일 수 있는 것이 장점이다.

앞으로 소재의 대면적화, 표면가공 기술 등의 개발을 통해 상용화가 가능할 것으로 예상된다.

연구를 주도한 양희준 성균관대학교 교수는 “2차원 소재의 상전이 제어로 새로운 소자 개념을 제시했다”며 “5년내 반도체 산업에 응용 가능한 소자를 개발할 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 세계 최고권위의 과학저널 사이언스(Science, IF 33.611)에 8월 7일에 게재됐다.