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원자두께 소자 차곡차곡 덧대보니… 전류 효율 ‘쑥’

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2016년 09월 12일 15:52 프린트하기

 

3차원+2차원(왼쪽) 소재와 2차원+2차원 소재를 비교한 사진.  - 재료연구소 제공
3차원+2차원(왼쪽) 소재와 2차원+2차원 소재를 비교한 사진.  - 재료연구소 제공

원자 하나 두께만큼 극도로 얇게 만든 ‘2차원 소재’로 반도체를 만들 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다. 지금까지 각종 전자기기를 만들던 입체반도체 회로(3차원 소재)에 비해 전기 효율이 뛰어나 차세대 반도체 기술로 발전할 것으로 기대된다.

 

조병진 재료연구소 표면기술연구본부 선임연구원팀은 함명관 인하대 신소재공학과 교수팀과 공동으로 2차원 소재를 겹겹이 쌓았을 때 전류가 흐르는 과학적 원리를 규명해냈다고 12일 밝혔다.

  

2차원 소재는 너무 얇아 실제로 반도체 등 전자소재로 만들 때는 여러 겹을 겹쳐 사용한다. 그러나 여러 겹의 소재를 겹쳤을 때 어떤 전기 현상이 일어나는지 자세히 알지 못해 반도체 소재 개발의 걸림돌이 돼 왔다.

 

연구진은 반도체 소재로 주목받고 있는 ‘텅스텐 다이셀레나이드’를 2차원 형태로 만들고, 여기에 금속 소재인 ‘니오비윰 다이셀레나이드’를 다시 2차원 형태로 가공해 접합했다. 이렇게 만든 소재는 지금까지 반도체 개발에 이용하던 각종 전기 소재보다 표면에서 전류 흐름이 훨씬 좋아졌다. 

 

연구진은 2차원 소재 두 종류를 덧대면 전류 흐름이 좋아지는 이유로 매끄러운 표면을 꼽았다. 2차원 소재를 쌓아 올리면 두 물질의 경계면(계면) 사이에 좁아 전기 흐름을 방해하는 힘도 적어졌다. 

 

연구진은 실험을 반복한 결과 계면의 결함을 파악할 수 있는 분석법 역시 찾아냈다. 이 기술을 활용하면 반도체 소자의 성능을 크게 개선할 수 있을 것으로 보고 있다.

 

조병진 선임연구원은 “그간 2차원 반도체 연구에 어려움이 있었던 건 계면의 품질을 알아낼 길이 없었기 때문”이라며 “이번 연구결과로 웨어러블 기기 같은 차세대 전자소자의 성능을 극대화할 수 있는 길이 열릴 것"이라고 말했다.

 

이 연구결과는 나노과학분야 국제 학술지인 ‘나노레터스’ 온라인판 8월호에 게재됐다.

 


송준섭 기자

joon@donga.com

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