'차세대' 원자층 반도체 성능 18배 향상 도핑 기술 개발

이철호 고려대 교수 연구팀 등 공동 연구 결과

[아시아경제 김봉수 기자] 차세대 반도체 소자인 원자층 반도체의 속도를 기존보다 18배 이상 향상시키는 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 이철호 고려대 교수 연구팀이 김영덕 경희대 교수, 정후영 울산과학기술원 교수 등과 함께 원자층 반도체, 이황화 몰리브덴의 전하이동도를 향상시킬 수 있는 원거리 도핑 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

원자층 반도체는 원자 한 층 두께로 얇고 전기적 성질이 우수하다. 투명하고 유연한 소자 등에 쓰일 차세대 반도체 소재로 주목받는다. 이황화 몰리브덴(MoS2)은 대표적인 원자층 반도체 물질이다. 그러나 반도체 채널 내 불순물이 전하의 이동을 방해해 초고속 소자로의 개발이 더디다.

연구팀은 전하의 진로를 방해하지 않도록 불순물을 공간적으로 분리할 수 있는 도핑 기술을 개발했다. 서로 다른 3개의 원자층 반도체를 적층하고 전하가 이들 층간을 이동하도록 함으로써 물질 내부 또는 표면에 자리한 불순물과 충돌을 줄일 수 있는 구조를 설계했다. 그동안에도 고유전율 절연체 혹은 원자층 절연체를 게이트 산화물로 사용해 전하 산란을 억제하려는 연구가 있었으나 도핑을 하면서 동시에 전하산란 현상을 억제하는 기술은 없었다. 이렇게 만들어진 이종접합 소자는 기존 소자보다 전하이동 속도가 18배 향상됐다.

연구팀은 이같은 원리는 다양한 도핑방법 및 이종접합 소자구조에서도 적용될 수 있기 때문에 다른 원자층 반도체에도 접목할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 원자층 반도체 물질 기반 전자소자의 대면적화와 다른 물질군으로의 확대를 위한 후속연구를 수행하고 있다.

이번 연구 결과는 국제학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 지난 13일 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr