KAIST, 2차원 단일체 반도체 구조 세계 최초 구현

(대전=뉴스1) 이동원 기자 = KAIST 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀은 성균관대학교와 공동으로 준금속과 반도체 영역이 끊김이 없이 이어진 2차원 단일체 구조를 구현하고, 이 내부에서 전류가 막힘없이 흐르는 모습을 나노미터 수준에서 세계 최초로 직접 관찰하는 데 성공했다고 13일 밝혔다.

기존 반도체는 금속과 반도체 경계에서 접촉 저항이 발생해 전류 흐름에 병목현상이 생기고 전력 손실이 커지는 문제점이 있었다. 연구팀은 백금 다이셀레나이드(PtSe₂)를 이용해 하나의 박막 내에 준금속과 반도체 영역을 연속적으로 형성함으로써 경계 전류 차단 없이 자연스러운 흐름을 입증했다.

원자힘현미경(AFM) 기술로 나노미터 단위 전류 이동을 시각화한 결과, 전류가 방향을 꺾거나 막히지 않고 매끄럽게 흐르는 ‘전기 병목현상’ 없는 단일체 계면 구조를 처음으로 실험으로 확인했다. 또한, 반도체 영역에 전기장을 가해 전류 흐름을 안정적으로 제어해 트랜지스터 동작 원리 검증에도 성공했다.

이번 연구는 2차원 전자 소자, 초고속 컴퓨터 프로세서, 저전력 반도체 칩, 인공지능(AI) 및 소형화 하드웨어와같이 다양한 신흥 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있다. 특히 소형화와 저전력 효율성 면에서 혁신적 변화를 가능케 해 첨단 반도체 산업의 경쟁력을 한층 높일 것으로 분석된다.

홍승범 교수는 “2차원 반도체 단일체에서 전류 흐름의 연속성을 실험적으로 입증한 최초 사례”라며 “접촉 저항 문제 해결에 핵심 기술로 활용될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 KAIST 박사과정 김연규, 견민승, 성균관대 홍지훈 박사과정이 공동 제1 저자로 참여했으며, 재료과학 분야 국제학술지 ‘Matter’ 7월호에 실렸다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단 STEAM 및 나노소재기술개발사업 지원을 받았다.

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