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 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재 디스커버리 사업 지원을 받아 수행했다.

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

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