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포스텍, 세계 첫 3차원 원자층 반도체 개발

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  • 김기태기자
  • 2019-07-30
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원자 두께 표면에 돌기 돋은 형태

양자컴퓨팅 소자기술 활용가능성

세계 최초로 3차원 원자층 구조의 반도체 소자를 국내 연구진이 개발했다. 29일 포스텍에 따르면 조문호 신소재공학과 무은재 석좌교수(기초과학연구원 부연구단장)와 기초과학연구원 원자제어 저차원 전자계 연구팀이 원자 두께의 반도체 표면에 돌기가 돋은, 3차원 형태의 멤브레인(Membrane·막) 반도체 신소재를 개발했다.

연구팀에 따르면 기존 멤브레인 반도체는 실리콘 기판에서 분리한 2차원 반도체 막으로, 평면 형태로만 합성할 수 있는 한계가 있었다. 두께가 거의 없어 투명하고 전기전도도가 높아 차세대 초소형·저전력 전자 기술의 후보로 꼽히고 있지만 극도로 얇은 두께로 인해 굴곡 부분이 찢어지거나 구겨지기 쉬워 상용화가 어려웠다.

이에 연구팀은 새로운 구조에 착안했다. 10나노미터(㎚·1㎚=10억분의 1m) 크기의 바늘모양 돌기들이 규칙적으로 정렬된 지름 4인치(약 10㎝) 크기의 기판을 만든 것. 이 기판 위에 유기금속화학증착법으로 24시간가량 천천히 이황화몰리브덴(MoS2)을 증착시켰다. 그 결과 몰리브덴(Mo) 원자 1개와 황(S) 원자 2개가 정확히 층을 이뤄 균일한 두께로 기판 위에 대면적 멤브레인 반도체를 만드는 데 성공했다.

연구팀은 2차원 반도체의 X-Y축 평면에 Z축 성분인 돌기를 더해 3차원이 된 것으로 세계 최초의 3차원 원자층 반도체라고 설명했다. 개발된 반도체는 기판과 약하게 결합하기 때문에 접착메모지처럼 간단히 탈부착할 수 있는 장점도 있다. 교신저자인 조문호 무은재 석좌교수는 “이번에 개발한 멤브레인 반도체는 광자가 나오는 지점을 조절하는 연구에 쓰일 수 있다. 향후 양자컴퓨팅 소자 기술로도 연결될 수 있다”고 말했다. 이번 연구는 세계적인 학술지인 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 온라인판에 지난 27일 실렸다.

포항=김기태기자 ktk@yeongnam.com

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