국내 연구팀이 초박막 소재로 두께 3나노미터급(㎚) 반도체를 세계 최초로 개발했다. 초박막 반도체는 모바일, 플렉시블, 웨어러블 환경을 위한 반도체 소자를 초소형·초절전형으로 만들 수 있는 원천기술이다. 국내외 특허 출원 중이다.
성균관대 유원종 교수팀은 3차원 구조의 규소로 만드는 반도체 소자와 달리 2차원 구조를 가진 황화몰리브데넘을 반도체 소재로 활용해 수직형 p-n 접합소자를 제작하는 데 성공했다고 24일 밝혔다.
세계 과학기술계는 초절전형 차세대 반도체 개발을 활발히 연구하고 있다. 최근까지 그래핀을 차세대 반도체에 적용하려는 연구가 많았다. 그러나 그래핀은 고성능 반도체 제작에 한계를 보이고 있어 현재는 신물질 개발에 연구초점을 맞추고 있다.
황화몰리브데넘을 반도체 소재로 활용하면 반도체 특성을 지니면서도 초박막구조를 형성할 수 있다. 반도체가 매우 얇아지는 만큼 작동에 필요한 전압도 급격히 낮아져 전력소모가 매우 적은 소자 제작이 가능하다. 기존 3D 규소 반도체는 14㎚ 수준 이하로는 제작이 불가능했으나, 이번에 개발한 2D 구조의 반도체 소자는 3㎚급으로 매우 얇으면서 에너지 소모도 4배 이상 적었다.
유 교수팀은 황화몰리브데넘이 차세대반도체로 사용될 수 있는 가능성을 세계 최초로 확인했다. 반도체 소자 두께와 에너지소모를 4배 이상 줄이는 데도 성공했다. 현재 규소기반 반도체 소자의 걸림돌인 과다전력소모 문제를 극복할 수 있으며, 규소기반 반도체를 대체해 초고효율 광소자 개발에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
유원종 교수는 “p-n 접합소자는 많은 반도체 전자회로의 기본 소자로 쓰인다”며 “기본 소자를 이루는 물질을 2D 소재로 대체하면 미래의 초고속 반도체, 고효율 광전소자, 신개념 투명 유연소자 개발 및 응용 연구를 가속화할 것”이라고 밝혔다.
권건호기자 wingh1@etnews.com
