한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)이 단일 소자로 다양한 전자 소자 기능을 통합할 수 있게 하는 기술을 개발했다.
N형 및 P형, 양극에 우수한 성능을 제공하는 인듐 셀레나이드(InSe: 인듐과 셀레늄으로 이뤄진 무기 화합물 반도체) 기반 기술이다. 차세대 전자 소자 설계 및 상용화 가능성을 크게 앞당길 것으로 기대된다.
KAIST(총장 이광형)는 이가영 전기 및 전자공학부 교수팀이 InSe 기반 혁신적인 양극성 다기능 트랜지스터를 개발했다고 30일 밝혔다.
InSe는 N형 반도체로만 사용돼 왔다. 양(P) 전하를 띄는 정공을 유도하기 어려워 상용화에 큰 걸림돌로 작용해 왔다.
연구팀은 새로운 소자 구조 설계로 해결했다. 이번에 공개한 양극성 반도체 소자는 N·P형 트랜지스터에 모두 적용 가능하다.
연구팀은 InSe 하부에 전극을 배치하고 금속-반도체 접합 특성을 개선함으로써, 전자·정공이 선택적으로 흐를 수 있는 양극성 특성을 구현했다.
특히 이번 연구에서는 N형 및 P형 전류 꺼짐·켜짐 비가 모두 109(10억) 이상에 달하는 우수한 성능을 기록했다.
실리콘 반도체 소자는 일반적으로 108 이하 꺼짐·켜짐 비 단극성 구동을 띄며, N형과 P형 구동이 동시에 가능한 양극성 2차원 반도체의 경우도 N형과 P형 꺼짐·켜짐 비가 동시에 108 이상인 경우는 없었다.
이가영 교수는 “다기능 소자들은 일반적으로 복잡한 공정 과정·구조를 요구해 제작·집적에 어려움이 있는데 이번 연구에서는 간단한 부분 게이트 구조를 도입해 하나의 소자에서 다양한 기능을 구현할 수 있는 다기능 소자를 제작했다”며 “이 기술은 공정 효율성을 높이고 회로 설계 유연성 향상에 기여할 것”이라고 설명했다.
또 “이번 연구는 InSe 기반 P형 응용 가능성을 새롭게 밝혔으며, 궁극적으로는 상보적 다기능 시스템으로 활용 가능성을 보여준다”고 덧붙였다.
KAIST 전기 및 전자공학부의 김민수 석박통합과정, 염동주 석사과정, 석용욱 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 나노 레터스에 지난 18일 출판됐으며 저널 표지 논문으로 채택됐다.
한편 이번 연구는 한국기초과학지원연구원 국가연구시설장비진흥센터, 한국연구재단 우수연구사업, KAIST 도약연구(UP) 사업, 삼성전자 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
