차세대 신소재로 주목받는 2차원 반도체를 측정하는 기술이 국내에서 개발됐다. 향후 2차원 반도체 상용화를 앞당길 핵심 요소로 작용하게 된다.
한국표준과학연구원(원장 박상열)은 산하 양자기술연구소 연구팀이 '2차원 반도체성 전이금속 디칼코게나이드(SC-TMD)' 화합물이 가진 성질을 측정하는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.
2차원 반도체는 이름 그대로 작원 원자가 한 겹으로 배열된 반도체다. 아주 얇아 기존 반도체에 대비해 2차원 반도체로 부른다. 성능도 뛰어난데, 이황화텅스텐, 이황화몰리브덴, 이셀레늄화텅스텐, 이셀레늄화몰리브덴과 같은 SC-TMD 물질은 우수한 물리화학 특징을 가지고 있다. 실리콘 반도체를 대체할 미래 반도체 핵심 요소로 꼽힌다. 그러나 아직까지 물질 내 '원자 결함'과 같은 요소를 해석하지 못하고 있어 상용화가 어렵다. 그동안은 투과전자현미경(TEM)과 같은 시각화 장비로 관찰하는 수준에 그쳤다.
원자 결함은 반도체 특성을 결정짓는 중요 요소이자, 전자 이동도를 억제하는 성능 저해 요인이다. 이를 제대로 파악하고 제어하면 다양한 기능을 갖춘 새로운 소자를 만들 수 있다.
연구팀은 전자터널링분광법을 이용했다. 이 방법은 양자역학 성질인 전자터널링 현상으로 에너지 변화에 따른 전자상태밀도 변화량을 측정하는 계측 방법이다. 이를 통해 SC-TMD 고유 물성값과 원자 결함 상태 기원·영향력을 규명했다.
연구팀은 이론 검증방법인 '제일원리계산'으로 측정값 신뢰성을 극대화 했다. 제일원리계산은 물질을 이루는 원자와 전자 사이 물리법칙만을 활용한 계산법이다.
정수용 책임연구원은 “원자결함 제어 가능성을 제시한 이번 기술로 2차원 반도체 응용성을 확장시킬 수 있게됐다”며 반도체 성능향상, 양자컴퓨터, 스핀트로닉스와 같은 미래 기술 기반으로도 활용가능하다“고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
