대면적으로 제작이 가능한 고성능 이차원 반도체 전자소자를 국내 연구진이 개발했다. 고집적 한계에 직면한 실리콘 반도체 소자의 대안이 될 것으로 보인다.
한국연구재단은 조정호 연세대학교 화공생명공학과 교수와 강주훈 성균관대학교 신소재공학부 교수 공동연구팀이 이온이 주입된 형태의 절연층을 활용한 고성능 대면적 이차원 반도체 전자소자 개발에 성공했다고 24일 밝혔다.
이차원 소재는 두께가 원자 단위로 매우 얇은 소재로 물질의 구조가 두 가지 주요 차원으로만 제한되는 소재다. 이차원 반도체 소재는 두께가 원자 단위여서 고집적도의 칩 생산이 가능하지만 이론 대비 성능이 낮고 대면적 제작이 어려워서 제품화에 어려움이 있었다.
연구팀은 전기적 특성이 우수하고 대면적 생산이 가능한 이차원 반도체 소재인 이황화몰리브덴에 이온이 주입된 절연층을 도입한 고성능 반도체 전자소자를 개발해 문제 해결의 실마리를 찾았다. 고성능 이황화몰리브덴을 용액공정으로 대량 합성하고 잉크형태로 제작 후, 반도체 산업에서 활용하는 슬롯 다이 코팅 기법으로 절연층과 반도체층 모두 5인치 대면적 웨이퍼에 균일하게 코팅하는 방식이다.
그 결과 전하이동도가 기존 용액공정 깁나 이황화몰리브덴 트랜지스터와 비교해 최고 100배 이상 향상됐다.
조정호 교수는 “이번에 개발한 전자소자는 대면적에 코팅한 이황화몰리브덴 트랜지스터 중 최고 성능을 달성했다”며 “이차원 반도체 소재의 고성능 소자화 및 대면적화를 동시에 만족하는 방법을 제시하고, 이차원 반도체 소자의 실용화 가능성을 높였다”고 말했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 6월 9일 게재됐다.
참고자료
Nature Electronics, DOI : https://doi.org/10.1038/s41928-023-00971-7