국내 연구진이 차세대 반도체로 주목받는 2차원 나노반도체에 자기조립 단분자막을 증착해 성능을 향상시키는 기술을 개발했다. 센서나 태양전지 등 다양한 2차원 전자소자나 광전소자를 제어하고 최적화하는데 활용될 것으로 기대된다.
박진홍 성균관대 교수팀은 종이처럼 얇은 2차원 나노반도체의 결정성을 해치지 않고 농도를 조절할 수 있는 자기조립 단분자막으로 기존 기술 대비 10배 낮은 농도의 p형 도핑기술을 개발했다고 10일 밝혔다.
반도체에 불순물을 도핑하면 반도체 속의 전자와 정공 농도를 조절할 수 있어 반도체 성능을 높일 수 있다. 이때 불순물의 종류와 농도를 조절하는 것이 소자 최적화의 관건이다. 그러나 불순물 농도를 미세하게 조절하는 기존의 이온 주입 도핑기술은 물리적 힘을 이용하기 때문에 반도체 결정성을 깨뜨릴 수 있다. 때문에 1나노미터(10억분의 1미터) 이하의 얇은 2차원 나노반도체에 사용하는데 한계가 있었다.
또 기존 기술은 ㎠ 면적당 1조개 이상의 농도로 도핑돼 성능을 극대화하기 어려웠다. 도핑 농도가 너무 높으면 반도체의 특성이 금속과 비슷해져 전자소자나 광전소자 등을 구현할 수 없다.
연구팀은 양전하를 띠는 자기조립 단분자막(OTS)을 선택해 증착한 후 아래에 놓인 반도체 전자를 끌어당겨 전자 농도를 조절했다. 이 원리를 이용해 ㎠ 면적당 1000억개 이하로 정공 농도를 조절했다. 이 기술은 대기 중에서 60시간이 지나도 성능 저하가 적고 가열하면 저하된 도핑 성능이 다시 회복되는 특징을 보였다.
박진홍 교수는 “간단하게 2차원 소자 성능을 제어하고 최적화하는 도핑기술 개발로 차세대 2차원 나노반도체 소자 발전에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘ACS나노(ACS Nano)’ 온라인판 1월 28일자에 게재됐다.
권건호기자 wingh1@etnews.com
