[한경잡앤조이=이진호 기자] 한양대는 물리학과 정문석(사진) 교수 공동연구팀이 2차원 양자물질을 이용해 반도체 소자의 소모전력을 혁신적으로 줄이는 에너지 저감기술을 개발했다고 24일 발표했다.
기존 반도체 소자의 전극공정은 마스크 상에 설계된 도면에 극자외선 빛을 조사해 패턴을 형성하는 노광공정과 가열한 전극 증착물을 기체화시켜 형성된 패턴 위에 증착하는 방법으로 진행됐다.
이러한 공정은 노광 과정에서 발생하는 감광액 불순물과 증착과정에서 발생하는 전극과 반도체 계면의 불안정함과 변칙성으로 인해 반도체 소자의 특성이 크게 저하된다는 단점이 있었다.
공동 연구팀은 이런 문제점을 해결하고자 백금막이 코팅된 텔루린(Tellurene) 반도체 물질에 레이저를 조사해 디랙 준금속 물질인 플래티늄다이텔루라이드(PtTe2)를 합성할 수 있는 기술을 개발했다. 그리고 이를 통해 텔루린과 플래티늄다이텔루라이드의 반도체-전극 계면을 형성하고 변칙성이 낮은 안정적인 결합을 가능하게 만들었다.
그 결과 전도도 및 전하이동도가 수백 배 이상 향상되고 광 특성도 크게 개선됐다. 또 복잡한 기존 공정을 단순화함으로써 다양한 유연소자 제작 및 집적 회로 상용화를 위한 공정효율 향상과 비용절감을 가능하게 만들었다.
이 외에 높은 온도와 통제된 조건에서만 성장되던 플래티늄다이텔루라이드 양자물질을 상온에서 복잡한 조건 없이 합성 가능하게 만들었다는 점에서 물질 합성 분야에서도 가치가 높은 연구로 평가 받을 수 있으며, 플래티늄다이텔루라이드 양자물질의 물리적 특성을 고려할 때 이는 자성반도체 및 초전도체 분야에서도 주목할 만한 연구가 될 것으로 기대할 수 있다.
정문석 교수는 “기존 반도체를 뛰어넘기 위한 새로운 메커니즘의 소자와 이를 위한 차세대 양자물질, 그리고 향상된 공정 등 전반적인 분야에서 주목할 만한 연구가 될 것”이라고 말했다.
이번 연구(논문명 ‘Patterning of type-II Dirac Semimetal PtTe2 for Optimized Interface of Tellurene Optoelectronic Device’)는 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 양희준 교수와 동국대 물리반도체과학부의 Dun Anh Nguyen 교수와의 공동연구로 진행됐고, 나노물질을 이용한 에너지 분야 세계적 학술지 「나노 에너지(Nano Energy)」(IF=17.881)의 8월호에 게재됐다.
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