손상되는 기능 스스로 회복하는 반도체 소자 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 손상된 기능을 스스로 치유하는 초박막 반도체 소자를 개발했다. 이를 통해 반도체 소자 성능을 늘릴 가능성을 높였다.

차승남 성균관대 교수.(사진=성균관대)

한국연구재단은 차승남 성균관대 교수 연구팀이 장승훈 한국화학연구원 박사, 홍승현 국민대 교수와 함께 기존 금속전극 대신 2차원 황화구리 전극을 새로 제안하고, 자가치유 특성을 지닌 2차원 이황화 몰리브덴 기반 전자소자를 만들었다고 26일 밝혔다.

2차원 반도체 소재는 유연성과 투명성을 갖춰 차세대 반도체 소재로서 주목받고 있다. 하지만 두께가 원자층 수준으로 얇아 반도체 소자 제작 공정에서 손상되기 쉽다. 전극과 2차원 반도체 계면의 결함과 변칙성 때문에 전자가 효과적으로 이동하기 어려워 소자 특성도 떨어질 수 있다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 2차원 반도체 소재 결함의 자가치유 성능을 지닌 전극·반도체 소재 시스템을 제안했다.

우선 2차원 이황화 몰리브덴의 결함이 대부분 황 원자의 결핍 때문에 나타난다고 보고, 황화구리 전극은 소재에 있는 잉여 황 원자를 2차원 이황화 몰리브덴의 황 원자 결핍 부위에 공급해 결함을 치유했다. 결함이 치유되면서 2차원 반도체 소재 내 전하 이동이 원활해져 소자 특성이 올라갔다.

개발한 소자는 높은 전자이동도와 광민감도를 나타내 차세대 유연·웨어러블 기기의 핵심 소자로서의 활용 가능성을 높였다.

차승남 교수는 “이번에 제안한 자가치유 특성 기반의 기능성 소재·소자 설계 기술은 소자의 수율, 수명, 동작 특성을 높일 새로운 반도체 기술로 활용할 수 있다”며 “앞으로 2차원 소재 기반 차세대 유연·투명 소자 상용화를 앞당길 기술로도 쓸 수 있다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에 4일자로 게재됐다.