연세대 물리학과 임성일, 최형준, 김재훈 교수와 국립군산대 물리학과 이기문 교수 공동연구진은 유리 위에서 동작하는 소자로써 세계에서 가장 빠른 소자인 이황화 몰리브덴-니켈산화막 쇼트키 트랜지스터를 기계적 박리법과 자외선 노광공정을 적용하여 개발했다고 29일 밝혔다.
수 나노미터의 두께를 가진 이황화 몰리브덴은 그래핀과 같이 이차원 나노박막 반도체로 속도는 빠르나 전하의 흐름이 제어되지 않는 그래핀의 결점을 극복할 수 있는 물질로도 알려졌다.
그러나 이황화 몰리브덴 트랜지스터의 전하속도인 이동도는 상온 및 대기 중에서 수백내지 수십 cm2/Vs 에 불과했다. 이와 같은 수치는 이황화 몰리브덴 채널 위에 절연층을 게이트로 쓰는 통상적인 트랜지스터에서 얻어졌으며 대부분의 연구자는 실리콘을 소자의 기판으로 사용해왔다.
연세대 물리학과 임성일 교수가 이끈 공동연구진은 절연층을 게이트로 사용하는 방법을 지양하고 전도성 투명산화물인 니켈산화막을 수 나노미터 두께의 이황화몰리브덴 채널위에 적층해 이동도 1200cm2/Vs를 갖는 쇼트키 트랜지스터를 제작했다. 나노박막 쇼트키 트랜지스터는 1볼트 저전압으로 유리 위에서도 구동하며 기존의 절연층 적용 트랜지스터와는 달리 매번 제작할 때마다 놀라운 성능 재현성을 보여준다.
공동 연구진은 전도성 니켈산화막을 이황화 몰리브덴 채널 위에 적용할 때 반데르발스 계면이 형성되고 절연층 게이트형 소자가 갖는 결함과 전계의 문제를 한꺼번에 해결할 수 있음을 발견했다. 쇼트키형 소자의 전하이동속도는 실제 존재하는 이황화몰리브덴 반도체의 잠재력을 보여준 것이며, 이 같은 속도는 쇼트키 소자의 광 감지속도 측정에서도 절연층기반소자에 비하여 100배 이상 빠름이 증명됐다.
연구는 미래부 기초연구 중견(도약)과제로 추진됐으며, 세계적 나노과학기술 학술지인 `ACS Nano` 20일자에 온라인 게재됐다.
김명희기자 noprint@etnews.com
