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Title [한국연구재단] (연구성과) 불순물 비켜! 전하이동 방해하는 불순물 막는 초박막 이종접합 트랜지스터 제안

불순물 비켜! 전하이동 방해하는 불순물 막는 초박막 이종접합 트랜지스터 제안
원자층 반도체 내 전하산란 막는 변조도핑법 개발로 초고속 소자 실마리

□ 원자 한 층 두께로 얇고 전기적 성질이 우수하여 투명하고 유연한 소자 등에 쓰일 차세대 반도체 소재로 주목받는 원자층 반도체.
○ 반도체 채널 내 불순물이 전하의 이동을 방해해 초고속 소자로의 개발이 더딘 가운데 전하의 진로를 방해하지 않도록 불순물을 공간적으로 분리할 수 있는 도핑기술이 선보였다.

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 이철호 교수 연구팀(이동훈 박사 등, 고려대학교 KU-KIST 융합대학원)과 공동연구팀(경희대학교 김영덕 교수, 울산과학기술원 정후영 교수 등)이 원자층 반도체, 이황화 몰리브덴의 전하이동도를 향상시킬 수 있는 원거리 도핑기술을 개발했다고 밝혔다.
※ 이황화 몰리브덴 (MoS2) : 대표적인 원자층 반도체 물질로, 한 층의 두께가 0.7nm 수준으로 얇으며, 그래핀과 달리 밴드갭을 가지고 있다. 또한 다층에서는 간접 밴드갭 에너지를 가지다가 단층이 되면 직접 밴드갭 에너지를 가지는 특성이 있다. 이를 이용하여 트랜지스터, 정류기, 광검출기, 태양전지, 발광다이오드 등 다양한 반도체 소자들에 쓰이고 있다. 

□ 반도체에 전자 등을 추가로 주입하는 도핑과정을 거치면 반도체의 특성을 바꾸거나 새로운 특성을 부여할 수 있다.
○ 다만 이 과정에서 불순물이나 결함 등이 생겨나는데 특히 얇은 원자층 반도체의 경우 잔류하는 불순물에 전하가 충돌하면서 전하의 이동이 느려지는 것이 문제였다. 

□ 이에 연구팀은 서로 다른 3개의 원자층 반도체를 적층하고 전하가 이들 층간을 이동하도록 함으로써 물질 내부 또는 표면에 자리한 불순물과 충돌을 줄일 수 있는 구조를 설계했다.
○ 전하이동이 실제 이렇게 만들어진 이종접합 소자는 기존 소자보다 전하이동도가 18배 향상되었다. 

□ 기존에도 고유전율 절연체 혹은 원자층 절연체를 게이트 산화물로 사용하여 전하산란을 억제하려는 연구가 있었으나 도핑을 하면서 동시에 전하산란 현상을 억제하는 기술은 없었다. 

□ 이번 연구에서는 원자층 반도체로 이황화몰리브덴을 사용하였으나 연구팀은 이같은 원리는 다양한 도핑방법 및 이종접합 소자구조에서도 적용될 수 있기 때문에 다른 원자층 반도체에도 접목할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
○ 이에 연구팀은 원자층 반도체 물질 기반 전자소자의 대면적화와 다른 물질군으로의 확대를 위한 후속연구를 수행하고 있다. 

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 나노⦁소재기술개발사업, 중견연구지원사업, 선도연구센터사업 등을 통해 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 9월 13일 게재되었다.
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국내 기술동향
Category Tech trends(Korea)
Source 한국연구재단
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