반도체·금속 성질 동시에… 차세대 전자소자 첫 개발

입력 : 2017-09-18 22:38 ㅣ 수정 : 2017-09-19 00:07

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조문호 IBS 부연구단장팀 성공

전위장벽 사라져 전류흐름 개선
전자기기 작아져도 성능은 UP


국내 연구진이 반도체의 성질과 금속의 성질을 모두 갖는 차세대 전자소재를 합성하는 데 성공했다. 휴대전화, 컴퓨터, 드론 등 각종 전자기기가 성능은 더 뛰어나면서도 크기는 더 작아질 수 있게 된 셈이다.

기초과학연구원(IBS) 원자제어 저차원 전자계 연구단 조문호(포스텍 신소재공학과 교수) 부연구단장팀은 동일한 원자층에서 일부는 금속성을 띠고 일부는 반도체 성질을 갖는 고성능 트랜지스터 소자를 개발했다.

기존의 실리콘 반도체는 서로 다른 성질을 가진 반도체와 금속을 물리적으로 붙인 것이기 때문에 접합 부위에서 전자의 이동이 방해받는 ‘전위 장벽’이 생긴다. 전위 장벽 때문에 만들어진 접촉 저항은 전류의 흐름을 어렵게 만들어 반도체 소자의 성능은 그만큼 떨어지게 된다. 고성능, 초소형 전자기기 개발을 가로막은 것이다.

연구팀은 흑연을 얇게 한 겹 벗겨낸 그래핀과 비슷한 형태와 두께를 가지면서도 투명성과 유연성이 우수한 전이금속 칼로겐 화합물을 이용해 새로운 형태의 전자소자를 개발했다. 전이금속 칼로겐 화합물을 고온에서 기화시켜 원하는 기판 위에 균일한 두께로 뿌려 합성하는 화학기상증착법으로 새로운 물질을 만들어 냈다.

이 물질은 저온에서 반도체 성질을 띠고 고온에서는 금속성을 띠는 점이 특징이다. 또 매우 균일하고 얇게 큰 면적의 반도체를 대량으로 생산할 수 있다는 장점도 있다. 신물질을 사용할 경우 휴대전화나 컴퓨터 등 전자제품이 소형화하더라도 성능이 떨어지는 문제를 막을 수 있을 것으로 보인다.

조 부연구단장은 “원자 두께의 얇은 평면에서 반도체와 금속의 성질을 동시에 갖는 물질을 합성했다는 데 큰 의미가 있다”고 말했다. 연구성과는 나노 재료과학 분야 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 18일자에 실렸다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr
2017-09-19 19면
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