브리핑룸

2차원 신물질 포스퍼린 전자물성 제어 기술 개발

2015.08.17 미래창조과학부

첨부파일

또 하나의 꿈의 신소재 가능성 열려

기초과학연구원, 포스포린의 반도체 성질 제어 및

그래핀 수준의 전도성 규명

◇ 원자 한 겹 두께의 초소형 고성능 포스포린 전자소자 개발 발판 마련

- 그래핀에 비해 폭넓은 밴드갭 조절 및 그래핀에 맞먹는 전하이동도 확보

- 밴드갭 없는 그래핀의 결함 극복하여 소자의 정교한 설계와 최적화 기대

□ 국내 연구진이 ‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀에 버금가고 오히려 그 단점을 극복할 만한 물성을 새로운 2차원 반도체 물질인 포스포린^*에서 찾아냈다.

＊ 포스포린(phosphorene)

- 인(P) 원자로 된 흑린(black phosphorus)의 표면 몇 개 층을 떼어낸 2차원 물질로 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0.5㎚ 두께의 박막구조가 특징

- 그래핀과 유사한 육각벌집 형태의 원자 배열을 가지고 있으나, 변형이 어려운 그래핀과 달리 규칙적인 주름이 잡혀있어 외부압력이나 전기장에 의해 물성제어가 쉬운 것이 장점

o 연구진은 띠 간격(밴드갭*)이 없는 그래핀과 달리 포스포린의 띠 간격을 폭넓게 변환(밴드갭 값 0~0.6) 할 수 있는 방법을 찾아내고 전류의 흐름을 자유자재로 제어하는 데 성공한 것이다.

＊ 밴드갭(Band-gap)

- 물질의 고유한 물리량으로 전자의 이동(전류)를 가로막는 장벽의 높이에 비유할 수 있다.

- 밴드갭이 없다는 것, 즉 밴드갭 값이 0에 가까울수록 전류가 쉽게 흐르게 된다.

□ 그래핀은 철(鐵)보다 강하고, 구리보다 전류가 잘 흐르는 뛰어난 물성 때문에 꿈의 신소재로 각광받았지만,

o 밴드갭이 없어 전기적 신호에 의해 전류의 흐름을 통제하기 어려워 차세대 반도체 소자로 활용하는 데 치명적인 결함이 되고 있다.

□ 연구진은 포스포린의 표면에 칼륨원자를 흡착시켜, 수직방향으로 전기장을 만들고, 그 결과 포스포린의 전자배치에 영향을 미쳐 밴드갭에 폭넓은 변화(밴드갭 값 0~0.6)를 주는 데 성공했다.

o 뿐만 아니라 포스포린의 밴드갭이 0이 될 때는 그래핀처럼 준도체적 상태가 되면서 전도성이 그래핀과 비슷한 수준에 이를 수 있음을 밝혔다. 이로써 원자 한 겹 두께의 고성능, 초소형 반도체 소자 개발에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다.

o 이 같은 원리는 일반적인 2차원 반도체 물질에 응용할 수 있다.

o 그러나 실제 포스포린 트랜지스터를 제작하고, 공기 중 포스포린의 산화를 방지하는 기술개발 등 추가 연구를 통해 실용화가 가능할 것으로 예상된다.

□ 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최양희) 산하 기초과학연구원(원장 김두철) 원자제어저차원전자계연구단(단장 염한웅)의 김근수 교수(기초과학연구원 학연교수, 포스텍 물리학과) 연구팀이 연세대 최형준, 이연진 교수 연구팀과 공동으로 수행하였다.

o 김근수 교수는 “그래핀 상용화의 고질적 문제점인 밴드갭을 해결하고, 그래핀의 장점만을 취한 것으로 2차원 반도체 물질연구의 중심이 그래핀에서 포스포린으로 이동하는 전환점이 될 것”이라고 밝혔다.

o 연구결과는 세계 최고권위 과학저널 사이언스(Science, IF 33.611)지(誌)에 8월 14일(한국시각, 8.14.(금) 새벽 03:00) 게재될 예정이다. 끝.

“이 자료는 미래창조과학부의 보도자료를 전재하여 제공함을 알려드립니다.”

<자료출처=정책브리핑 www.korea.kr>

OPEN 공공누리 제 1유형 공공저작물 자유이용허락 출처표시

텍스트 데이터는 공공누리 출처표시의 조건에 따라 자유이용이 가능합니다.: 단, 사진, 이미지, 일러스트, 동영상 등의 일부 자료는 문화체육관광부가 저작권 전부를 갖고 있지 아니하므로, 자유롭게 이용하기 위해서는 반드시 해당 저작권자의 허락을 받으셔야 합니다.

저작권정책 담당자안내

정책브리핑 공공누리 담당자 안내

문의처 : 문화체육관광부 정책포털과

문화체육관광부 정책포털과 공공누리 담당자
뉴스	정책뉴스, 기고/칼럼 등 044-203-3048 국민이 말하는 정책 044-203-3053
멀티미디어	영상, 숏폼 044-203-3049 카드/한컷, 정책오디오 044-203-3261 사진 044-203-3049 웹툰 044-203-3261
브리핑룸	사실은 이렇습니다 044-203-3048 브리핑자료 044-203-3054 연설문 044-203-3054
정책자료	국정신문 044-203-3046
소통채널+	대한민국정부 누리소통망 044-203-3046