영하 90도에도 작동하는 반도체 소자 개발

성균관대·KAIST 공동연구팀, 극저온 반도체 내 전하흐름 첫 관찰

국내 연구진이 영하 90도에도 작동하는 반도체소자를 최초로 개발했다.

한국연구재단은 성균관대 박진홍 교수와 KAIST(한국과학기술원) 김용훈 교수 공동연구팀이 극저온 환경에서도 전하가 이동하는 2차원 반도체를 제작하는 데 성공했다고 31일 밝혔다.

연구팀은 그래핀(흑연에서 떼어낸 탄소나노물질)에 차세대 나노반도체 소재로주목받고 있는 이셀레늄화텅스텐(WSe2)을 수직으로 쌓은 전자소자를 개발했다.

그래핀은 반도체 분야 '꿈의 신소재'로 불리지만, 전자의 에너지 차이인 밴드갭이 없어 반도체 소자로 이용하기 어려웠다.

연구팀은 그래핀에 밴드갭을 가진 이셀레늄화텅스텐을 접합해 만든 2차원 전자소자에서 전하의 흐름을 최초로 확인했다.

일반적으로 2차원 전자소자에서는 온도가 내려갈수록 전류가 감소하지만, 연구팀이 개발한 반도체 소자는 영하 90도의 저온에서 오히려 전류가 증가하는 것으로나타났다.

밴드갭 내에서는 전하가 이동하는 것이 불가능하지만 이셀레늄화텅스텐 내에서는 공간을 지나는 '터널링'현상이 관찰됐다고 연구팀은 설명했다.

이번에 개발한 반도체 소자는 전류 점멸비(on/off ratio·반도체 소자의 점멸에따른 전류량의 비율)가 높아 성능도 우수하다.

일반적인 2차원 전자소자는 켜진 상태에서 흐르는 전류가 꺼져 있을 때에 비해1만배 높지만, 연구팀이 제작한 반도체 소자는 켜져 있을 때의 전류량이 꺼진 상태보다 1천만배 증가하는 것으로 확인됐다.

박진홍 교수는 "기온이 내려가도 정상적으로 작동할 수 있는 반도체 소자 개발로 휴대전화나 텔레비전 등 전자제품의 스위칭 소자 연구에 기여할 수 있을 것으로기대한다"고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부 기초연구사업, 글로벌프론티어사업의 지원을 받았다. 연구 성과는 나노소재 분야 권위지 '어드밴스드 머티리얼즈'(Advanced Materials) 지난 10일자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>