한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 2차원 나노 반도체 기반의 다기능 전자 소자를 개발했다. 이 소자는 양극성 트랜지스터, N형 트랜지스터, 다이오드, 항복 다이오드, 광 감지 소자로의 기능 변환이 가능하다. 이 기술은 집적 회로(IC)칩에서 활용성을 넓혀줄 것으로 기대된다.
KAIST 전기및전자공학부 이가영 교수 연구팀은 2일 이황화 몰리브덴(MoS2)을 기반으로 한 신개념 전자 소자를 개발했다고 발표했다. 이황화 몰리브덴은 기존 실리콘 반도체보다 성능이 우수하다. 전자가 흐르는 N형 반도체 특성을 가지는데, 대기에서 안정적이다. 실리콘 반도체가 미세화될수록 성능 저하에 취약한 반면, 이황화 몰리브덴은 관련 문제가 적다.
이런 이점 덕분에 차세대 반도체로서 주목받고 있다. 삼성전자, TSMC, 인텔 등 산업계에서도 연구가 활발하다.
상보적 금속산화막 반도체(CMOS) 구현을 위해서는 양(P) 전하를 띄는 정공 유도가 필요하다. 이황화 몰리브덴에서는 정공 유도가 어려웠다. 이 문제를 해결하기 위한 시도가 있었으나 공정 난이도가 높았다. 이 문제는 이황화 몰리브덴의 상용화를 위한 중요한 과제로 남아 있다.
연구팀은 채널 하부에 전극을 배치해 금속·반도체 접합 특성을 개선했다. 전자와 정공 모두 선택적으로 흐를 수 있는 양극성 특성을 구현했다.
이가영 교수는 이 전자 소자의 다기능성을 강조했다. 주어진 전압 특성에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있는 특성이다. 서로 다른 기능의 소자들은 공정 난이도가 높고, 회로 도면 변화에 따른 공정 전환이 까다롭다. 하지만 신개념 소자는 하나의 소자에서 다기능을 할 수 있다. 맞춤형 반도체의 제작 및 공정 전환을 용이하게 할 것으로 기대되는 부분이다. 회로 자체의 기능성을 변환할 수 있어 단일 칩 시스템의 소형화에 기여할 것으로 기대한다고 이 교수는 말했다.
이번 연구 결과는 나노과학 분야 국제 학술지 ‘ACS Nano’에 지난 1월 26일 온라인판으로 출판됐다. 연구는 한국연구재단의 기초연구사업, BK21, KAIST의 C2 프로젝트, LX 세미콘-KAIST 미래기술센터의 지원을 받아 수행됐다.
참고자료
ACS Nano, DOI : https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09876
[조선일보와 미디어DX가 공동 개발한 생성형 AI의 도움을 받아 작성한 기사입니다.]