KAIST '고이동도·초고속 2차원 반도체 소자 개발'

실리콘보다 성능 2배 이상, 극저온 환경서 활용성 높아

국내 연구진이 초연결 6G통신 주파수대역을 실현할 수 있는 고성능 반도체소자를 개발했다.

KAIST는 전기및전자공학부 이가영 교수팀이 기존 실리콘반도체의 전자 이동도와 포화속도보다 두 배 이상 우수한 인듐셀레나이드(InSe) 기반 고이동도·초고속 소자를 개발했다고 20일 밝혔다. 

기존 소자와 비교한 신규 소자의 우수한 전자이동도 및 전자 포화속도 특성. KAIST

포화속도는 반도체 내에서 전자나 정공이 움직일 수 있는 최대 속도로, 반도체의 전기적 특성을 평가하는 핵심 지표다.

2차원 인듐셀레나이드는 기존 실리콘 반도체나 2차원 반도체보다 높은 전자 이동도와 높은 전류 특성을 갖는 차세대 반도체 물질이지만, 대기 중 산화에 취약하고 안정성이 떨어져 고성능소자 개발에 어려움이 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 하부 절연막은 고품질 2차원 육각형질화붕소(hBN) 물질을 적용하고, 상부 보호막은 얇은 인듐금속을 활용했다.

또 핵심 채널인 인듐셀레나이드를 오염시키지 않고 2차원 이종접합 구조를 형성해 전자 이동도와 포화속도를 대폭 향상시켰다. 

아울러 연구팀은 이 과정에서 최초로 인듐셀레나이드의 전자 포화속도를 체계적으로 분석, 전자 포화속도 양상의 결정 기제를 규명했다.

이 교수는 “이번에 개발한 고성능 전자 소자는 초고속 구동이 가능해 5G 를 넘어 6G 대역에서 동작이 가능할 것으로 예측된다”며 “저온으로 갈수록 소자성능이 대폭 개선돼 양자컴퓨터의 양자제어 IC(Integrated circuit)와 같이 극저온 고주파수 구동 환경에 적합하다”고 말했다.

이번 연구는 KAIST 전기및전자공학부 석용욱 박사과정 학생이 제1저자로 참했고, 결과는 나노과학분야 저명 국제학술지 `ACS 나노' 2024년 3월 19일자 표지논문으로 채택됐다.

KAIST 연구성과를 게재한 ACS 나노 표지. KAIST

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com