KAIST, 차세대 2차원 반도체 다기능 소자 개발

저전력, 소형화에 다기능 수행 특성도

KAIST 대학원생이 차세대 2차원 반도체 다기능 소자를 개발해 화제다.

KAIST는 전기및전자공학부 이가영 교수와 석박사통합과정 송준기 학생, 석사과정 이수연 학생이 참여한 연구팀이 양극성 반도체 특성을 가진 2차원 나노반도체 기반 다기능 전자소자를 개발했다고 2일 밝혔다. 

(왼쪽부터) 이가영 교수, 송준기 학생, 이수연 학생. KAIST

이번에 개발한 다기능 전자소자는 기존 트랜지스터와 달리 전압에 따라 기능을 변환할 수 있고, 양극성 트랜지스터, N형 트랜지스터, 다이오드, 항복 다이오드, 광 감지소자 등으로 변환해 폭넓은 사용이 가능하다.

기존 소자와 비교한 신규 개발 소자 양극성 반도체 특성. KAIST

기존 실리콘 반도체보다 성능이 뛰어난 이황화몰리브덴(MoS₂)은 층상 구조의 2차원 반도체 나노소재로, 전자가 흐르는 N형 반도체 특성을 가지면서 대기에서 안정적이다. 

또 기존 실리콘 반도체가 미세화 될수록 성능 저하에 취약한 것에 반해 이황화몰리브덴은 이런 문제가 적어 차세대 반도체 소재로 활발히 연구되고 있다.

그러나 ‘상보적 금속산화막 반도체(CMOS)’를 구현하려면 전자뿐 아니라 정공 유도도 필요한데, 이황화몰리브덴 소재는 정공 유도가 어려려워 추가 공정을 도입하거나 다른 P형 물질을 사용하는 등 공정 난이도가 높아지는 문제가 있었다.

연구팀은 채널 하부에 전극을 배치하고 금속과 반도체 접합 특성을 개선, 전자와 정공을 선택적으로 흐르게 하는 양극성 특성을 구현하는 데 성공했다.

다기능 전자소자 성능 및 기존 소자와 비교한 신규 개발 소자 전류 특성. KAIST

이를 통해 전류의 켜짐과 꺼짐 비율을 대폭 높여 반도체 처리속도를 향상시키고, 양극성 트랜지스터, N형 트랜지스터, 다이오드, 항복 다이오드, 광감지 소자 등 다기능 변조도 가능하다.

이 교수는 “이번에 개발한 전자 소자는 주어진 전압 특성에 따라 다양한 기능을 수행하면서도 각 기능의 성능이 우수한 특성을 갖는다”며 “이는 현재 수요가 급증하는 맞춤형 반도체 제작 및 공정 전환을 용이하게 하고,  목적에 따라 회로 기능성을 변환할 수 있어 단일 칩 시스템의 소형화도 기대할 수 있다”고 설명했다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com