기초과학연구원(IBS)는 유우종 나노구조물리연구단 박사팀이 시앙펑 두안 미국 UCLA 교수팀과 함께 두께가 1.33나노미터(㎚)인 초박형 그래핀·이황화몰리브덴(MoS2) 적층 반도체 광센서를 개발했다고 9일 밝혔다.
기존 반도체 주재료인 실리콘(Si)의 한계 두께는 14㎚다. 전자가 흐르는 과정에서 발생하는 발열을 최소화하기 위해서다. 하지만 반도체가 두꺼워 지면서 동작 필요 전력도 커지는 문제가 발생했다.
연구팀은 두께가 얇은 그래핀과 MoS2를 샌드위치 형태로 겹쳐, 과다전력 소모 문제를 해결했다.
그래핀은 전기전도성이 매우 강하고 얇아 꿈의 신소재로 불린다. 하지만 전도성이 큰 만큼 부도체의 성질을 가지지 않아 반도체 소자로 쓰기는 어려웠다. 연구팀은 그래핀에 MoS2 겹쳐 한계를 극복했다.
새로 만들어진 초박막 반도체는 초고효율 광소자 상용화에도 기여할 전망이다. 그래핀·MoS2 반도체의 광전류 효율이 높아 기존 쓰이던 `P-N접합 다이오드` 구조를 쓸 필요가 없기 때문이다.
P-N접합 다이오드는 성질이 다른 2개 반도체를 합쳐 만든 구조다. 매우 높은 광전류가 생성되지만, 14㎚ 이상 두께가 필요해 2차원 물질로 구현할 수 없다.
연구진은 나노미터 두께 초박막 반도체가 상용화되면 현재 실리콘 기반 반도체 시장 이상의 경제효과가 창출될 것으로 내다봤다.
유우종 교수는 “2차원 소재 기반 반도체 기술은 초고속 반도체, 고효율 광전소자, 투명 유연소자 등 미래 기술 실현을 크게 앞당길 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
