‘1나노 반도체’ 앞당긴다.. 원자층 트랜지스터 제조기술

‘1나노 반도체’ 앞당긴다… 원자층 트랜지스터 제조기술

- 권순용‧이종훈 신소재공학과 교수팀, 반도체-금속 간 1나노 수준 접합 소자 대면적화 성공

- 고성능 반도체 소자 미세화‧고집적화 탄력 기대… Nature Communications 게재

실리콘 아닌 다른 물질로 ‘더 싸고 작고 성능 좋은’ 반도체를 개발하는 ‘모어 무어(More Moore) 기술’에 탄력이 붙을 전망이다. 반도체 소자 속 반도체와 금속 사이를 ‘1나노미터(㎚, 10억 분의 1m)’ 이하로 줄이면서 고성능을 유지한 기술 덕분이다.

권순용·이종훈 신소재공학과 교수팀은 반도체 물질과 ‘초미세 금속 전극’이 0.7나노미터(원자 3개 크기)를 두고 수평으로 접합된 ‘고성능 초박막 반도체’ 소자를 원하는 형태로 합성(patterning)하는 데에 성공했다. 반도체 칩(Chip)의 성능을 높이려면 칩을 구성하는 개별 소자를 아주 작게 만들어야 하는데, 이를 해결하는 새로운 방법이 나온 것. ‘반도체 소자 미세화’를 앞당길 것으로 기대된다.

반도체 소자는 ‘전자가 원하는 때에 특정한 위치와 방향으로 움직’여야 제대로 작동한다. 그런데 칩 하나에 더 많은 소자를 넣으려 개별 소자를 작게 만들면, 전자가 원치 않는 위치로 흐르는 현상(터널링 효과)이 나타난다. 이 문제를 풀기 위해 ‘매우 얇은 2차원 반도체 물질’을 연구 중이지만, ‘그에 걸맞은 전극’은 나오지 않았다.

*예를 들어, 2차원 반도체 물질에 티타늄(Ti) 같은 일반 금속을 전극으로 쓰면 여러 결함이 생겨 성능이 저하된다. 또 일반 금속 전극은 크기가 클 뿐 아니라 전자 전송 길이(transfer length)가 수십~수백 나노미터 이상이라 반도체 소자의 전체 크기도 커진다. 결국, 고성능 초미세 반도체 소자를 구현하려면 이에 걸맞은 2차원 전극 물질도 새로 개발돼야 하는데, 이번 연구에서 이를 만족할 기술이 나왔다. 참고로, 전자 전송 길이는 금속과 반도체의 접합에서 실제로 전자가 이동할 수 있는 통로의 길이, 이 길이가 짧을수록 금속 전극의 미세화에 따른 반도체 소자의 성능 저하를 피하기 쉽다.

권순용·이종훈 교수팀은 고품질의 ‘2차원 반도체’에 걸맞은 ‘2차원 금속 전극’을 화학합성 과정에서 자연스럽게 맞붙도록 하는 방법을 찾았다. 2차원 반도체 물질인 ‘황화 몰리브데늄 화합물(MoS₂)’이 2차원 금속인 ‘텔루륨화 백금 화합물(PtTe₂)’의 가장자리 표면에서 화학적으로 합성되도록 한 것이다.