[1일IT템] 스스로 결함 메꾸는 반도체물질 만들었다

성균관대 차승남 교수, 원자 두께의 물질 개발
트렌지스터 부품 중 전자이동도 세계 최고 기록

성균관대 차승남 교수팀이 이황화 몰리브덴과 황화구리를 이용해 트랜지스터 부품을 만들었다. 성균관대 박상연 박사후연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 스스로 결함을 메꿔 전류흐름을 월활하게 만드는 반도체 물질을 개발했다. 이 반도체 물질과 설계 기술은 수율, 수명 그리고 동작 특성 등을 획기적으로 개선할 수 있어 향후 과학 기술과 산업적 응용 가치가 높을 것으로 예상된다.

성균관대 차승남 교수는 원자두께의 평면 형태로 이뤄진 이황화 몰리브덴 기반 트렌지스터 부품을 만들어 성능을 크게 개선했다고 27일 밝혔다. 이 물질은 기존의 금속 대신 황화구리가 들어가 황 원자가 빠진 자리를 메워준다.

연구진이 이 물질로 만든 트랜지스터 부품을 테스트한 결과, 후면 게이트 구조에서 현재까지 보고된 가장 높은 전자이동도(~100㎠Vs)를 달성했다. 또한 소자의 높은 전자이동도 및 ON/OFF 비율 (>1억), 낮은 암전류(~10의 마이너스 13승) 특성을 활용한 광센서 응용에서 광 민감도를 획기적으로 높였다.

차승남 교수는 "새로 개발한 반도체 물질은 자가치유 특성과 매우 얇은 두께를 지녀 높은 광 투과성과 반복되는 기계적 변형에도 잘 견디는 유연한 특성을 가지고 있어 차세대 유연·투명 소자의 핵심 물질로 활용될 것"이라고 말했다.

성균관대 차승남 교수팀이 개발한 반도체 물질은 황화구리 전극의 황 원자들을 통해 이황화 몰리브덴의 결함을 채워 자가치유 특성을 띄고 있다. 성균관대 박상연 박사후연구원 제공

2차원 반도체 물질은 유연성과 투명성 등으로 인해 차세대 반도체 소재로서 주목받고 있다. 하지만 원자 수준의 얇은 두께때문에 제작 공정에서 손상되기 쉽다.

특히 전극과 2차원 반도체가 만나는 경계면의 결함과 변칙성때문에 전자이동이 어려워 소자 특성이 크게 떨어질 수 있다.

연구진은 2차원 반도체 소재 결함의 자가치유 성능을 지니는 전극-반도체 소재 시스템을 주목했다.

2차원 이황화 몰리브덴은 대부분 황 원자가 빠져 문제가 발생한다. 황화구리 전극은 소재 안에 남아있는 황 원자를 2차원 이황화 몰리브덴 속에 빠진 황 원자 자리를 채워 결함을 치유한다. 이 결함의 치유는 2차원 반도체 소재 내의 전하 이동을 원활하게 해 소자 특성을 향상시킨다.

이번 성과는 차승남 교수팀이 한국화학연구원 장승훈 박사, 국민대 홍승현 교수와의 공동연구를 통해 소재 분야 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 표지 논문으로 발표됐다.
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