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흑린 활용 고성능 반도체 소자 구현
실리콘만큼 흔하지만 높은 전자이동도 지녀 차세대 반도체 소재 기대
미래형 웨어러블 전자기기나 투명 디스플레이 등을 구현하려면 휘어지고 늘어나면서도 성능은 뛰어난 전자소자 개발이 필수다. 실리콘 이후, 차세대 전자소자를 만들 소재로 그래핀과 이황화몰리브덴 등 2차원 물질이 꼽히고 있는데, 최근 흑린(black phosphorus)이 새롭게 떠오르고 있다. 흑린은 실리콘처럼 비교적 흔한 물질이며 인 원소로 구성된 2차원 물질이다. 두께는 원자 지름 정도로 얇지만 강도가 뛰어나고 전자를 흘려보내는 성질이 강해 광전기적 성질을 갖고 있어 반도체 소자로 매우 적합하다. 하지만 흑린은 공기와 반응하는 속도가 매우 빨라 불안정하다는 큰 한계가 있었다. 그동안 흑린을 박막으로 변환해 반도체 소자에 적용하는 연구들이 진행되어 왔으나 속도가 더딘 이유가 바로 흑린의 단점 때문이었다. 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철) 나노구조물리연구단(단장 이영희) 연구팀은 성균관대학교와 공동으로 흑린을 이용해 새로운 2차원 반도체 소재를 발굴하는데 성공했다. 또한 흑린이 2차원 반도체 소재 중 전자이동도가 가장 큰 물질이라는 점도 최초로 밝혀냈다. 연구진은 알루미늄을 접합금속으로 사용해 흑린의 두께를 조절하고 물성을 제어하는데 성공했다. 이를 통해 흑린으로 고성능 N형(전자 제어) 반도체를 구현했다. 더 나아가 흑린의 박막 두께가 두꺼워지면 전자 제어(N형) 뿐만 아니라 정공 제어(P형)도 가능한 N-P 접합형 반도체를 구현할 수 있음을 증명했다. 접합 금속과 두께 제어를 통해 n형, p형 운반자를 갖는 반도체 박막으로 사용할 수 있음을 처음으로 증며한 것이다. 이영희 단장은 “실리콘처럼 아주 흔한 물질인 흑린을 새로운 2차원 나노물질 박막소재로 쓸 수 있음을 보여주었다”며 “앞으로 대면적 합성 기술 개발이 실용화의 관건이 될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구성과는 세계 권위의 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF=11.470)에 7월 30일 게재됐다. |
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- 최종수정일 2023-11-28 14:20
