“차세대 반도체의 핵심 소재인 이차원 소재를 웨이퍼 크기의 대면적·고균일로 제작해 이를 이용한 고성능 기술을 성공적으로 개발했습니다. 앞으로 이 기술이 디스플레이 분야에서 잘 활용돼 저항성은 낮추고 성능은 높이는 성과를 낼 수 있도록 힘쓰겠습니다.”
전북대학교 김태완 교수(공대 전기공학과) 연구팀이 기존 이차원 소재 기반 반도체보다 100배 이상 성능이 좋은 차세대 반도체 원천 기술을 이 개발해 화제가 되고 있다.
이번에 개발된 반도체 소자는 이차원 구조의 전이 금속인 ‘전이금속 디칼코드나이드계(Tansition metal dichalcogenide) 소재’와 유기금속 화학 기상 증착장비(Metal organic chemical vapor deposition)를 이용해 반도체 집적회로의 기판인 웨이퍼에 대면적·고균일로 증착하고, 상 변환(Phase transition)이 되는 기술 개발을 통해 차세대 반도체를 제작했다.
이번에 도입된 Polymorphic 구조는 이차원 반도체와 금속 전극간 저항을 최소화하고 전계효과 정공 이동도를 약 1139 cm2/V·s를 달성한 결과를 도출했다. 이는 기존에 보고됐던 이차원 소재 반도체 성능보다 100배 빠른 전계효과 캐리어 이동도다.
이 연구 성과에 대해 전문가들은 차세대 반도체 및 차세대 디스플레이 분야에서 낮은 전력으로도 고성능을 낼 수 있는 구동 소자의 상용화 시기를 획기적으로 앞당길 수 있다는 전망을 제시하고 있다.
김태완 교수는 “이차원 소재 기반 차세대 반도체에 개발에 있어 다른 이차원 반도체와 금속 사이의 높은 저항은 항상 걸림돌이 돼 왔다”며 “쉽게 제작이 가능하면서도 저항성이 매우 낮아 성능이 우수한 차세대 반도체를 개발하는 데 좋은 원천기술이 될 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받아 수행됐으며, 전북대 김태완 교수를 비롯해 영남대, 한국표준과학연구원과 공동연구로 진행됐다. 이 연구 결과는 지난달 나노과학 및 기술 분야 세계적 학술지인 ‘ACS NANO’에 게재됐다.
김혜지 기자
