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‘도핑’은 나쁘기만 한 걸까요

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‘도핑’은 나쁘기만 한 걸까요

2015.03.10 18:00

박진홍 교수(왼쪽, 교신저자)와 강동호 연구원(오른쪽, 제1저자) - 성균관대학교 전자전기공학부 제공
박진홍 교수(왼쪽, 교신저자)와 강동호 연구원(오른쪽, 제1저자). - 성균관대 제공

‘도핑’이란 불순물을 더하는 공정을 뜻하는 용어로, 반도체에 특정한 비율의 불순물을 넣으면 마치 금지약물을 투여 받은 운동선수처럼 반도체의 성능이 향상된다.

 

하지만 기존 반도체에 사용되는 도핑 공정을 종이처럼 얇고 작은 2차원 반도체에 적용하는 데는 해결해야 할 문제가 있었다.


박진홍 성균관대 전자전기공학부 교수팀은 물리적인 힘을 가해 반도체를 도핑하는 기존 방식 대신, 자기조립방식을 이용해 스스로 도핑이 되는 ‘p형 도핑 기술’을 찾아냈다고 10일 밝혔다.


기존 도핑 방식은 물리적인 힘으로 이온을 주입하기 때문에 그 과정에서 2차원 반도체가 깨질 수 있고, 도핑의 농도를 섬세하게 조절할 수 없어 지나치게 고농도로 도핑이 되는 문제가 있었다. 도핑의 농도가 너무 높으면 반도체의 특성이 금속과 비슷해져 전자소자나 광전소자로 쓸 수 없다.


연구팀은 양전하를 띠는 자기조립 단분자막(OTS)을 2차원 반도체 위에 증착시킨 뒤, 반도체의 전자를 끌어당겨 전자의 농도를 조절하는 원리를 이용해 단위 면적(㎠) 당 1000억 개 이하로 정공 농도를 조절하는 데 성공했다. 이전까지는 단위 면적 당 전자를 1조 개 이상의 농도로만 도핑이 가능했다. 얼마나 섬세하게 도핑을 할 수 있는지 결정하는 도핑 정밀도가 10배 이상 증가했다는 뜻이다.


이렇게 도핑 된 반도체는 60시간 이상 대기 중에 노출돼 있어도 성능 저하가 거의 없었고, 다시 가열하면 성능이 회복됐다.


박 교수는 “2차원 소자의 성능을 간단하게 제어하는 것은 물론 최적화하는 도핑기술을 개발했다”며 “차세대 2차원 나노반도체 소자 발전에 기여할 것”이라 밝혔다.


연구결과는 나노분야 학술지 ‘ACS 나노’ 1월 28일자에 실렸다.

 

 

OTS가 도핑된 WSe2 전자소자 모식도 및 특성분석 - 성균관대학교 전자전기공학부 제공
OTS가 도핑된 WSe2 전자소자 모식도와 특성을 분석한 그래프. - 성균관대 제공

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