국내 연구진이 실리콘을 대체할 차세대 반도체 소재로 주목받는 ‘흑린’을 이용해 고성능 트랜지스터를 개발했다. 이번 연구로 흑린을 반도체 소재로 활용할 수 있음이 증명됐다.
한국과학기술연구원(KIST·원장 이병권)은 계면제어연구센터 최원국·송용원 박사팀이 신소재인 흑린을 이용해 안정성과 성능이 높은 트랜지스터를 개발했다고 17일 밝혔다.
흑린은 인과 원소는 같으나 모양과 성질이 다른 동소체다. 그래핀과 마찬가지로 두께가 원자 수준으로 얇으며 원자가 층 구조인 물질이다. 이런 특성으로 인해 흑린은 기존 물질을 대체할 차세대 반도체 재료로 관심이 높다. 하지만 공기 중에서의 반응속도가 너무 높아 안정적이지 못해 반도체 소자를 제작하고 구동하는데 어려움이 많았다.
연구팀은 공기 중에서 흑린이 직접 반응하는 것을 억제하기 위해 흑린에 무기물인 얇은 산화알루미늄 막을 감쌌다. 무기물 막은 만들어지는 과정에서 열이 발생하는데 정확한 분석을 위해 열로 인한 효과와 무기물 막으로 인한 효과를 분리해 분석했다.
연구팀은 각각의 공정에서 저주파 잡음을 비롯한 전기적 측정 및 분석을 수행했다. 그 결과 열로 인한 효과와 별도로 저주파 잡음 수준이 산화알루미늄 보호막 증착을 통해 줄어드는 것을 확인했다. 또 광학현미경 사진과 라만 분석을 통해 2개월 후에도 산화알루미늄막이 보호층으로 작동해 흑린이 공기 중에서 안정적으로 존재하는 것을 밝혔다.
이렇게 개발한 흑린 트랜지스터는 향후 디스플레이용 박막 트랜지스터, CPU, 메모리 등 반도체 산업에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
제1저자인 나준홍 박사는 “그동안 논란이 돼왔던 흑린 소재 트랜지스터가 안정적으로 구동된다는 것을 확인할 수 있었다”며 “나아가 흑린 내에서의 전하 이동 메커니즘을 이해하는데도 큰 도움이 될 것”이라고 밝혔다.
연구 성과는 국제학술지 ‘ACS나노’ 4일자 온라인에 게재됐다.
권건호기자 wingh1@etnews.com
