전체기사 최신뉴스 GAM 라씨로
KYD 디데이
산업 재계·경영

속보

더보기

빛만으로 ‘2차원 반도체’ 전도도 10만배 높였다..집적회로 상용화에 응용

기사입력 : 2018년09월14일 00:00

최종수정 : 2018년09월14일 00:00

IBS, 레이저로 원자두께 반도체 도핑 이어 단일 집적회로도 구현
수초내 대면적 도핑 가능해 ‘쉽고 경제적’ 평가

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 원자 두께로 얇은, 이른바 ‘원자층 2차원 반도체’는 차세대 반도체로 손꼽힌다. 둘둘 말리는 전자기기, 사물인터넷(IoT) 전자부품, 극초소형 컴퓨터를 구현할 핵심 소재다. 하지만 고성능 회로를 만드는 기술이 없어 상용화가 어려웠는데 국내 연구진이 수 초 레이저를 쏘는 것만으로 성능을 높이는 기술을 개발했다. 

14일 기초과학연구원(IBS·원장 김두철)에 따르면 IBS '원자제어 저차원 전자계연구단' 조문호 부연구단장 연구팀은 2차원 반도체에 빛을 쪼이면 스스로 도핑(doping)이 되는 ‘레이저 도핑’ 기술을 개발했다. 

연구진은 2차원 반도체 단일 집적회로를 구현하는 데도 성공했다. 단일 집적회로란 한 가지 물질에 반도체 회로가 구성되는 집적회로를 말한다. 

 
[그림] 2차원 반도체 ‘레이저 도핑’ 모식도 : 이텔루륨화몰리브덴(MoTe2) 기반 원자층 2차원 반도체 소자의 금 전극 위에 가시광선 영역(초록색)의 레이저를 조사하는 장면을 묘사한 그림. 레이저가 조사된 부분에는 원자결함이 형성되고, 이 공간에 공기 중 산소의 정공이 채워진다. 레이저 도핑으로 인해 외부 불순물 주입 없이도 반도체는 정공이 많은 형태인 P-형으로 도핑된다. 2018.09.13. [자료=IBS]  

이번 연구결과는 전자 소자 분야 세계적 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’ 온라인판에 이날 게재됐다. 

도핑은 일종의 불순물을 주입해 반도체의 전도율을 증가시키는 공정으로 전자기기 제작에 필수적이다. 

상용화한 전자기기는 액체나 기체 상태의 이온을 주입해 도핑한다. 하지만 원자 두께로 얇은 2차원 반도체에 불순물을 주입할 경우 깨질 가능성이 있고, 농도를 섬세하게 조절하기 어렵다는 한계가 있었다. 

이번 연구는 인위적 불순물을 주입하지 않고도 가시광선 조사를 통해 원자층 2차원 반도체 트랜지스터 소자의 p-형 도핑에 성공했다. 

연구진은 주사터널링현미경(STM)으로 반도체를 관찰, 전자가 많은 형태의 n-형 반도체에 초록색 레이저 빛을 수 초간 조사했다. 레이저가 조사된 반도체 표면과 내부에는 국소적인 원자 결함이 생겼다. 이후 결함이 생긴 공간으로 공기 중의 산소로부터 정공(hole)이 주입되며 최종적으로 정공이 많은 p-형으로 도핑됐다. 

연구팀은 빛의 세기와 조사 시간을 조절해 도핑 농도를 제어하는 데도 성공했다. 정공의 농도에 따라 반도체 소자의 전도도는 최대 10만 배까지 높아졌다. 

이번에 개발된 레이저 도핑 공정은 대기 중에서 수 초 내 대면적 도핑이 가능하기 때문에 기존 도핑 기술에 비해 쉽고 경제적이며 집적회로 상용화 기술에 곧바로 응용될 수 있다는 장점이 있다. 

이어 연구팀은 개발한 도핑 공정을 이용해 다양한 2차원 반도체 회로를 제작하는 데도 성공했다. 원자층 2차원 반도체를 재료로 도핑하고, 실제 회로 구현으로까지 이어진 첫 사례다. 제작된 반도체 회로는 매우 우수한 전류 증폭 성능을 보였다. 

IBS '원자제어 저차원 전자계연구단' 조문호 부연구단장 2018.09.13 [자료=IBS]

조문호 부연구단장은 “반도체 물질과 빛의 상호 작용에 대한 기초과학 연구가 차세대 반도체 회로 응용기술로 바로 환원됐다는 데 의의가 있다”고 밝혔다.

 

kimys@newspim.com

CES 2025 참관단 모집

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
위례과천선 광역철도 민자적격성 통과 [서울=뉴스핌] 최현민 기자 = 경기 과천시와 서울 강남구, 송파구 일원을 연결하는 위례과천선 사업이 본궤도에 오른다.   국토교통부는 위례과천 광역철도사업이 한국개발연구원(KDI)의 민자적격성 조사를 통과했다고 7일 밝혔다. 위례과천선은 서쪽으로는 정부과천청사, 동쪽으로는 송파구 법조타운과 위례신도시를 연결하고 북쪽으로는 강남구 압구정까지 연결하는 총 연장 28.25km의 광역철도 사업으로 민간투자방식으로 지어진다.  위례과천선 노선도안 [자료=국토부] ※노선 미확정 위례과천선은 제4차 국가철도망 구축계획 반영 후 2021년 12월 '대우건설 컨소시엄'에서 국토부에 최초제안서를 제출했으며 제안서 검토 및 지자체 협의과정을 거쳐 2022년 9월 민자적격성 조사에 착수했다. 민자적격성 조사 과정에서 원자재 가격 급등, 양재첨단물류단지 개발 등 여건 변화가 발생했고 경제성을 최대한 확보하기 위한 사업계획 보완을 거쳐 올해 11월 최종적으로 사업의 타당성을 인정받았다. 특히 본 사업 영향권에 있는 9개 공공주택지구에 총 8만6000명 규모의 입주가 예정돼 있어 신규 철도노선을 통해 선제적으로 교통난을 해소해 나갈 계획이다. 입주 예정 지구는 과천주암 공공지원주택지구, 서울강남 공공주택지구 등이다. 다만 노선안은 아직 확정되지 않았다. 국토부는 세부노선 및 역사는 실시협약 체결 시 확정‧공개할 방침이다.  윤진환 국토부 철도국장은 "내년 전략환경영향평가를 마무리하고 제3자 제안 공고를 통해 우선협상대상자를 선정해 협상까지 착수하는 것을 목표로 속도감 있게 사업을 추진할 계획"이라고 말했다. min72@newspim.com 2024-11-07 17:36
사진
의왕 오전왕곡, 1.4만 가구 들어선다 [서울=뉴스핌] 최현민 기자 = 2029년 개통예정인 인덕원~동탄 복선전철 그리고 수도권광역급행철도(GTX) C노선이 연계되는 경기 의왕시 오전동, 왕곡동 일대에 약 1만4000가구가 들어선다. 5일 국토교통부에 따르면 지난 8월 발표한 '주택 공급 방안' 후속 조치로 의왕 오전왕곡지구가 신규 택지 후보지로 선정됐다. 오전왕곡지구는 경기도 의왕시 오전동, 왕곡동에 걸쳐 있고 187만㎡(57만평)에 1만4000가구가 들어선다. 의왕 오전왕곡은 경수대로·과천-봉담 간 도시 고속화 도로에 연접한 부지로 산업 기능 유치 잠재력이 높은 곳으로 난개발 방지를 위한 계획적 개발이 요구되는 곳이다. 특히 지구 내 친수 공간이 풍부해 정주 환경이 우수하고 인접한 과천지식정보타운 등과 연계한 의료·바이오 산업 유치에 유리해 자족 기능 확보를 통한 수도권 남부의 새로운 직주 근접 생활 공간 조성이 전망된다. 의왕 오전왕곡은 서울시 경계에서 약 10㎞ 남측, 의왕 IC 인근으로 인접 지역에 의왕·군포·안산 신도시, 의왕고천지구, 의왕백운밸리 등이 위치하고 있다. 과천~봉담 도시 고속화 도로, 경수대로(국도 1호선)가 인접하고 있으며 의왕시청역(가칭) (동탄~인덕원선, 2029년 개통 예정)이 700m 거리에 위치한다. 현재 도시철도 혜택을 받지 못하는 오전왕곡지구는 주변에 형성되는 3개 광역철도와의 연계에 촛점을 맞추고 있다. 국토부는 수도권광역급행철도(GTX)-C, 인덕원-동탄선과의 연계 강화를 통해 서울 도심까지 30분 내 접근이 가능하도록 교통망을 구축하겠다는 계획이다. 우선 GTX-C 노선 연계성, 인덕원~동탄선 접근성 강화 등 철도 교통 접근성을 향상시킨다. 이와 함께 대상지 북측으로 월곶~판교선이 예정돼 있는 만큼 현재 주거단지로 바뀐 백운호수 일대와 연계하는 방안도 고려될 전망이다.  현 과천-봉담 고속화 도로와 경수대로(국도 1호선)의 연결 및 주변 도로 확충을 통해 서울 등 지역 간 접근성 개선 및 교통량 분산도 추진한다. 의왕 TG 광역버스 정류장을 활용한 광역 대중교통 환승 체계 개선과 오전동과 왕곡동으로 분리된 사업 지구 간 도로 연결 체계를 구축해 지구 간 단절을 해소하고 단일 생활권으로 조성한다. min72@newspim.com 2024-11-05 15:00
안다쇼핑
Top으로 이동