나노 단위 미만 선폭의 구리 원자 삽입을 통한 전도성 특성 측정 및 1나노 단위 수준의 반도체 소자(IBS 제공) ©뉴스1

기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단 이종훈·펑딩 그룹리더 연구팀이 2차원 흑린을 이용해 선폭 4.3Å(0.43nm)의 전도성 채널을 구현했다.이는 나노미터 한계를 뛰어넘어 옹스트롬(Å‧1Å은 0.1nm) 단위 선폭의 초극미세 반도체 소자로서의 가능성을 실험적으로 확인한 연구성과로 주목받고 있다.

30일 IBS에 따르면 2차원 흑린은 ‘포스트(post) 그래핀’ 시대의 주역이 될 반도체 소재로 꼽힌다.

두께가 원자 한 층 정도여서 실리콘 기반 반도체로 구현하기 힘든 유연하고 투명한 소자에 이용 가능하다.

그간 흑린 등 2차원 물질들을 반도체 소자로 활용하려는 시도들이 많았지만 실제 소자화하는 공정 과정에서 발생하는 결함(defect)에 관한 연구는 상대적으로 미비했다.

이에 연구팀은 전극으로 활용될 수 있는 전도성 채널을 만들고자 다층의 2차원 흑린 각 층 사이에 구리 원자를 삽입했다. 이때 흑린에 얇은 구리 박막을 증착한 후 열처리를 하는 간단한 공정을 진행한다.

이 공정에서 흑린의 이방성 원자구조로 인해 구리 원자가 2차원 흑린에 0.43nm의 미세한 폭을 유지하며 삽입된다.

연구진은 이를 원자분해능 투과전자현미경(TEM)을 통해 규명했다.

이렇게 형성된 0.43nm 두께의 전도성 채널은 반도체 소자의 전극으로 사용될 수 있다.

또, 연구팀은 전도체·반도체 및 전도체로 이뤄진 반도체의 기본 소자 구조를 2nm 이하 수준에서 형성할 수 있음을 확인했다.

이종훈 그룹리더는 “흑린은 2차원 반도체 소자 분야에서 그래핀을 능가할 물질로 각광받는다”며 “기존 나노미터 한계를 뛰어넘는 초극미세 소자로서의 활용 가능성을 확인했다”고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 나노분야 세계적 학술지인 ‘나노레터스’ 29일자 표지논문으로 게재됐다.


km5030@news1.kr