[이코노미 줌 in] 실리콘보다 빠른 고성능 반도체 구현

IBS-성균관대 공동연구

기초과학연구원(원장 김두철·IBS) 나노구조물리연구단(단장 이영희)은 성균관대와 공동으로 흑린을 이용해 새로운 2차원 반도체 소재를 발굴하는데 성공했다고 30일 밝혔다. 또 흑린이 2차원 반도체 소재 중 전자이동도가 가장 큰 물질이라는 점도 최초로 발견했다.

이번 연구결과는 세계적 권위의 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 온라이판 7월 30일자에 실렸다. 차세대 전자 소재로 각광받고 있는 흑린은 인 원소로 구성돼 겉보기에 검정색을 띄며, 그래핀처럼 2차원 층 구조를 이루고 있고, 두께 역시 원자 한 개 층 수준이다.

그동안 흑린을 박막으로 변환해 반도체 소자에 적용하려는 연구들이 진행돼 왔으나 공기와 반응하는 속도가 매우 빠르고 성질이 불안정해 반도체 성질을 갖도록 제어하기 어려워 한계에 부딪혀왔다.

연구진은 알루미늄을 접합 금속으로 사용해 흑린의 두께를 조절하고, 물성을 제어하는데 성공, 고성능 N형(전자 제어) 반도체를 구현해 냈다.

또 흑린의 박막 두께가 두꺼워지면 N형은 물론, 정공제어(P형)도 가능한 N-P 접합형 반도체를 구현할 수 있다는 사실도 확인했다.

접합 금속과 두께 제어를 통해 N형과 P형 운반자를 갖는 반도체 박막으로 사용할 수 있음을 처음으로 증명했다는 게 연구진의 설명이다. 전자이동도도 기존 실리콘 반도체보다 훨씬 빠르다는 사실도 확인했다.

이영희 단장은 “실리콘처럼 아주 흔한 물질인 흑린을 새로운 2차원 나노물질 박막소재로 쓸 수 있다는 것을 보여줬다”며 “앞으로 대면적 합성 기술 개발이 실용화의 관건이 될 것”이라고 했다.

최두선 기자