우리 연구진이 향후 전자 소자, 광전자 소자, 양자기술 등 다양한 분야에서 혁신을 이끌어 낼 2차원 반도체 물질 연구 분야 난제를 풀었다.
한국기초과학지원연구원(KBSI·원장 양성광)은 정희석 소재분석연구부 박사팀이 정연웅 센트럴 플로리다대(UCF) 재료공학과 교수팀과 2차원 전이금속디칼코젠(TMD) 반도체 물질 간 상변화를 통한 수평 금속-반도체 접촉 형성 방법을 개발, 2차원 반도체 물질 접촉저항 문제를 해결했다고 22일 밝혔다.
2차원 TMD 물질은 전기, 물리, 화학적 특성이 우수해 실리콘 소자 한계를 극복할 차세대 반도체 물질로 주목받는다. 다만 2차원 반도체 물질과 3차원 금속전극 간 높은 접촉저항 문제가 있어 반도체 소자 상용화에는 한계가 있었다.
연구진은 2차원 TMD 물질인 백금과 셀레늄, 혹은 백금과 텔루륨으로 구성된 물질 간 상변화를 이용해 화학기상증착법으로 대면적 금속-반도체-금속 구조 2차원 반도체 소자 제작에 성공했다.
이 반도체 소자는 기존 금속전극과의 3차원 접촉으로 이뤄진 반도체 소자보다 훨씬 낮은 접촉저항 값을 보이고, 작동 효율도 대폭 향상됐다.
연구진은 이번 연구로 다양한 2차원 물질의 이상적인 반도체물질·금속전극 간 접촉계면 형성 접근 방법을 제시했다. 극복하기 어려웠던 접촉저항 문제를 해결할 실마리를 제공할 것으로 기대된다.
정연웅 교수는 “반도체 물성과 금속 물성을 갖는 2차원 물질 간 상변화를 이용한 2차원 수평접합구조 합성으로 접촉저항을 현저하게 낮춘 고성능 반도체 전자소자를 설계·제조하는데 중요한 실마리를 제공한 것”이라고 밝혔다.
정희석 박사는 “금속-반도체 물질간 상변화와 수평접합구조 반도체소자의 원자단위 관찰과 원리규명에는 수차보정 투과전자현미경 역할이 가장 중요했다”며 “KBSI가 보유한 세계 수준의 첨단연구 장비와 연구인력이 차세대 반도체 소자 및 기기의 개발 등 국가적으로 중요한 반도체 분야 난제 해결에 앞으로도 많은 기여를 할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
서울대, 동아대, 미국 텍사스오스틴대, 스웨덴 린네대 간 국제공동연구로 얻은 이번 연구성과는 나노 레터 2월 14일자 추가 커버 이미지로 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
