국내 연구진, 차세대 반도체 물질 연구 분야 난제 해결

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 차세대 반도체 물질 연구 분야의 난제를 해결했다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 소재분석연구부 정희석 박사 연구팀이 미국 센트럴플로리다대학교(UCF) 재료공학과 및 나노테크놀로지 센터 정연웅 교수 연구팀과 2차원 전이금속디칼코젠(TMD) 반도체 물질 간 상변화를 통한 이상적인 수평 금속-반도체 접촉을 형성하는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다.

이로써 2차원 반도체 물질의 접촉저항 문제를 해결했다.

2차원 TMD 물질은 고유의 우수한 전기적, 물리적, 화학적 특성으로 실리콘 소자의 한계를 극복할 수 있는 차세대 반도체 물질로 주목받고 있다.

하지만 2차원 반도체 물질과 3차원 금속전극과의 높은 접촉저항 문제가 실제 반도체 소자의 상용화에 한계점으로 여겨져 왔다.

이에 연구팀은 2차원 TMD 물질인 백금(Pt)과 각각 셀레늄(Se2) 혹은 텔루륨(Te2)으로 구성된 PtSe2와 PtTe2 간의 상변화를 통한 화학기상증착법을 이용해 대면적 금속-반도체-금속 구조의 2차원 반도체 소자 제작에 성공했다.

이 반도체 소자는 기존 금속전극과의 3차원 접촉으로 이뤄진 반도체 소자보다 훨씬 낮은 접촉저항 값을 보이고, 대폭 향상된 우수한 반도체 소자 특성을 보였다.

연구팀은 이를 통해 다양한 2차원 물질들의 이상적인 금속전극 간 접촉계면을 형성할 수 있는 접근 방법을 제시했으며, 지금까지 극복하기 어려웠던 접촉저항 문제를 해결할 수 있는 실마리를 제공할 것으로 기대하고 있다.

정연웅 교수는 "기존의 3차원 접촉으로 이뤄진 반도체 전자소자와 비교해 접촉저항을 현저하게 낮춘 고성능 반도체 전자소자를 설계하고 실마리를 제공한 것”이라고 말했다.

정희석 박사는 “금속-반도체 상변화와 이를 이용한 수평접합구조 반도체소자의 원자단위 관찰과 원리규명에는 수차보정 투과전자현미경의 역할이 가장 중요했다”며 “KBSI가 보유한 세계적 수준의 첨단연구 장비와 연구인력이 차세대 반도체 소자 및 기기의 개발 등 국가적으로 중요한 반도체 분야의 난제들을 해결하는데 기여한 것"이라고 했다.

이번 연구에는 서울대학교, 동아대학교, 미국 텍사스오스틴대학교, 스웨덴 린네대학교도 참여했다.

연구 성과는 나노분야의 저명 학술지 '나노 레터스'에 지난 14일 게재됐고, 우수성을 인정받아 '추가 커버 이미지'로 선정됐다.

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