극저온에서 작동하는 반도체 소자 개발(05.31)

박진홍·김용훈 교수 연구팀 "다양한 전자소자와 광전소자 응용연구에 초석"

 

백승민 기자 bsm1702@hellodd.com

국내 연구팀이 기온이 내려가도 정상적으로 작동할 수 있는 새로운 전하의 이동 원리를 발견했다.

 

박진홍 성균관대 교수와 김용훈 KAIST 교수 공동 연구팀이 새로운 전하의 이동 원리를 이용, 영하 90도의 매우 추운 지역에서도 전하가 이동하는 2차원 반도체 소자 개발에 성공했다고 31일 밝혔다.

 

2차원 반도체란 2차원 나노 널빤지 모양의 판형 구조를 갖는 물질로 그래핀,  이셀레늄화텅스텐(WSe2)등이 이에 속한다.

 

현재 2차원 전자소자와 관련된 대부분의 기존 연구들은 소자 동작을 실험적으로 단순 증명하고 그 메커니즘을 정성적으로 이해하는 수준에만 머물러 소자 성능이 만족스럽지 못한 실정이다.

 

 

공동 연구팀은 2차원 구조를 갖는 그래핀과 이셀레늄화텅스텐(WSe2)를 활용해 수직으로 적층된 전자소자를 제작, 적층구조기반 2차원 전자소자의 새로운 동작원리를 밝혀냈다. 적층된 물질들 사이에서 전하가 2차원 반도체 내에 존재하는 빈 공간을 경유해 이동하는 '빈 공간 경유 터널링 현상'을 최초로 관측한 것이다.

 

연구팀이 개발한 전자소자는 현재까지 보고된 기존의 유사한 2차원 전자소자의 온도 의존성과 다르게 주위 온도가 감소할수록 동작전류는 증가하는 반면 누설전류는 감소하는 새로운 특성을 보였다.

 

이에 따라 연구팀은 빈 공간 경유 터널링 현상으로 인해 적층구조 기반 2차원 전자소자의 전류 활동비가 저온(영하90도)에서 천만배 이상으로 증가해 소자에 흐르는 전류의 양을 효과적으로 제어할 수 있음을 실험적으로 확인했다.

 

박진홍 교수는 "앞으로 다양한 전자소자 및 광전소자 응용연구의 기반이 되어 핸드폰, 텔레비전 등 전자제품의 스위칭 소자, 회로 연구에 적용함으로써 좀 더 편리한 삶의 환경을 제공해 줄 수 있을 것이다"라고 설명했다.

 

이번 연구 성과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'의 지난 10일자에 게재됐다.