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카멜레온 신소자활용 2차원 반도체소자 혁신

2015.08.07 미래창조과학부

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기초과학연구원, 카멜레온 신소재로 2차원 반도체 혁신

- 레이저 쬐어 반도체-도체 자유자재 변환 -

◇ 카멜레온 신소재 이용, 고속으로 동작하는 2차원 반도체 소자 개발

- 레이저 조사(照射)만으로 반도체 위에 도체 패턴 그리는 소자제작 기술

- 반도체와 도체 간 저항 낮춰 소자의 전력손실 감소, 동작속도 50배 향상

□ 국내 연구진이, 외부 환경에 따라 몸의 색깔이 변하는 카멜레온처럼, 온도에 따라 반도체에서 도체로 변신하는 2차원 신소재를 활용하여 전력손실이 적고 속도가 매우 빠른 차세대 반도체 소자를 개발했다.

o 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0.8nm 두께의 다이텔레륨 몰리브데늄^*을 이용한 것으로 소형화에 한계가 있는 실리콘을 대신해 휘어지고 늘어나는 차세대 소자용 소재로 급부상할 전망이다.

＊ 다이텔레륨 몰리브데늄(MoTe2)

- 상온에서 반도체 상태이나 고온에 노출되었다 상온으로 돌아오면 도체로 변하는 등 반도체와 도체의 물성을 함께 가져 전자소자나 센서, 광소자 등의 신소재로 꼽힌다.

- 그래핀처럼 원자 하나 두께의 2차원 평면물질로 3차원 물질인 기존 실리콘 소자의 소형화 한계를 극복할 대안으로 주목받고 있다.

□ 이번에 개발된 소자는 반도체 소자의 전극접합 부위에 레이저를 쬐는 방법으로 전류가 잘 흐르는 도체로 바꾸어 소자를 제작한 것이 특징이다.

o 연구진은 상온에서는 반도체 상태지만 레이저를 쬐어 고온에 노출된 부분만 도체 상태로 변하는 소재의 성질을 이용한 것이다.

□ 통상 반도체 소자는 전극역할을 하는 도체(금속)와 전자의 통로역할을 하는 반도체 물질을 접합해 제작하는데, 두 물질 간 경계면의 전기저항이 커 소자 작동에 필요한 에너지 중 3분의 2가 열에너지로 소모된다.

o 연구진은 새로운 소자를 만들 때, 반도체 소자의 특성을 유지하면서 금속전극과의 접합 부위만 도체상태로 바꿔 두 물질 경계에서 생기는 저항을 낮춤으로써 에너지 손실을 줄이는 한편 소자의 효율을 올리는 데 성공했다.

□ 연구진은 지난 5월 500℃이상 온도에서 반도체 성질이 금속성질로 바뀌는 소재 특성을 밝힌데 이어, 레이저를 쬐는 간단한 방법을 이용하여 신개념의 반도체 소자를 제작할 수 있음을 증명했다.

o 전자기기의 동작속도를 좌우하는 전자이동도가 기존(2차원 반도체 소자) 대비 50배 이상 커 초고속, 저전력 전자기기 구현에 적합하고 공정이 간단해 제작비용을 줄일 수 있는 것이 장점이다.

o 앞으로 소재의 대면적화, 표면가공 기술 등의 개발을 통해 상용화가 가능할 것으로 예상된다.

□ 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최양희) 소속 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철)의 나노구조물리연구단(단장 이영희)과 성균관대학교 에너지과학과 연구팀이 공동 수행하였다.

o 연구를 주도한 양희준 교수는 “2차원 소재의 상전이 제어로 새로운 소자 개념을 제시했다”며 “5년내 반도체 산업에 응용 가능한 소자를 개발할 것”이라고 말했다.

□ 연구결과는 세계 최고권위의 과학저널 사이언스(Science, IF 33.611)에 8월 7일(한국시간 8.7.(금) 새벽 03:00)에 게재되었다.

“이 자료는 미래창조과학부의 보도자료를 전재하여 제공함을 알려드립니다.”

<자료출처=정책브리핑 www.korea.kr>

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