국내 연구진이 마치 '공중부양'을 하는 듯한 방법으로 2차원 반도체의 외부 접촉면적을 최소화 해 성능을 극대화할 수 있는 기술을 개발했다. 2차원 반도체는 원자층 수준으로 두께가 얇은 반도체다.
KAIST(총장 신성철)는 정연식 신소재공학과 교수팀이 2차원 반도체를 미세한 돔 구조체에 올려 외부 접촉면적을 최소화하는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.
2차원 반도체는 기존 실리콘 반도체를 대체할 대안으로 떠오르고 있지만 두께가 얇은 만큼 주변의 영향에 매우 민감한 것이 단점이다. 기판에 올리면 성능과 소자 신뢰성이 낮아진다. 공중에 매달면 되지만 하단을 받쳐주는 구조물이 없으면 내구성이 크게 떨어진다.
연구팀은 2차원 반도체 하단에 지지 기반을 마련하면서 접촉면적을 줄이는 방법으로 문제를 해결했다. 산화규소 재질의 초미세 돔형 구조물로 2차원 반도체를 지지했다. 돔형 구조물은 나노미터(㎚) 크기로, 구조물의 꼭대기 부분만 2차원 반도체에 닿도록 했다. 접촉 면적이 2차원 반도체의 10% 이하라 반도체를 '공중부양'시키는 것과 유사한 효과를 낼 수 있다. 소자 안전성을 유지하면서 기판 영향도 크게 줄였다.
연구팀은 돔형 구조물을 적은 비용으로 손쉽게 만드는 기술도 함께 개발했다. 분자가 스스로 움직여 구조물을 형성하는 '자기조립 현상'을 이용했다. 기존에는 초미세 구조물을 만들기 위해 일일이 패턴을 새기는 방법을 썼다. 많은 시간과 노력이 필요했다.
이 기술은 2차원 반도체뿐만 아니라 다양한 2차원 소재에도 적용할 수 있다.
정연식 교수는 “이번 연구는 금송석 2차원 소재인 그래핀 특성 향상에도 동일하게 쓸 수 있다”면서 “차세대 유연디스플레이 구동 트랜지스터용 고속채널 소재, 광 검출기의 광 활성층을 비롯해 활용 범위가 많다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
