국내 연구진이 차세대 반도체 소재로 주목받는 2차원 소재 특성과 전하 이동 매커니즘을 세계 처음으로 규명했다. 차세대 웨어러블 유연소자 성능 극대화에 기여할 것으로 기대된다.
규명 주역은 조병진 재료연구소(KIMS) 표면기술연구본부 선임연구원과 김용훈 연구원(논문 제1저자), 함명관 인하대 교수(이하 조 연구팀)다.
2차원 전이금속계 재료로 구성된 트랜지스터 소자는 기존 소자 대비 높은 전하 이동 특성을 나타낸다. 조 연구팀은 이 특성이 깨끗하고 균일한 계면 물성과 신뢰성 높은 전기적 접합 때문이라는 사실을 실험적으로 규명하는데 성공했다.
반도체와 금속 간 전하 이동 연구는 반도체 소자의 성능 개선에 중요한 단서를 제공한다. 전자 제품의 성능을 극대화하고 신뢰성을 확보하는데 필수 요소이기도 하다.
조 연구팀은 2차원 반도체 소재인 `텅스텐 다이셀레나이드(WSe2)` 위에 2차원 도체 소재 `니오비윰 다이셀레나이드(NbSe2)`를 접합해 새로운 전자소자를 만들었다. 이어 소자의 접합 특성을 높이기 위해 접합면 사이에 2차원 합금 소재를 도입했다.
이 전자소자를 기존 3차원 팔라듐(Pd) 접합 소자와 비교 분석한 결과, 계면 특성이 우수한 것으로 나타났다. 즉 금속성 2차원 도체 소재와 합금 소재를 반도체 소재에 차례로 적층하면 계면의 결함 밀도와 에너지 장벽을 낮춰 전하 이동성을 향상시킬 수 있음을 입증한 것이다.
조병진 연구원은 “기존 3차원 금속과 2차원 반도체 간 접합 소자는 계면 사이에 많은 결함이 존재하고 균일도도 좋지 않아 성능을 높이는데 한계가 있었다”면서 “이번 연구 결과는 이종접합 기반 2차원 나노 반도체를 활용한 에너지 및 전자소자 응용 연구에 기여할 것”이라 말했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
