국내 연구진이 차세대 반도체 기술의 혁신을 이끌 2차원 반도체 물질 연구 난제를 해결했다.
한국기초과학지원연구원(KBSI) 소재분석연구부 정희석 박사팀은 2차원 전이금속디칼코젠(TMD) 반도체 물질 간 상변화를 통한 이상적인 수평 금속-반도체 접촉을 형성하는 방법을 개발해 2차원 반도체 물질의 접촉저항 문제를 해결했다고 22일 밝혔다.
이번 연구는 센트럴플로리다대학(UCF) 재료공학과 및 나노테크놀로지 센터 정연웅 교수팀과 공동으로 진행됐다.
2차원 TMD 물질은 고유의 우수한 전기⋅물리⋅화학적 특성으로 실리콘 소자의 한계를 극복할 수 있는 차세대 반도체 물질로 주목받고 있다.
그러나 2차원 반도체 물질과 3차원 금속전극과의 높은 접촉저항 문제로 반도체 소자 상용화가 어려웠다.
연구팀은 2차원 TMD 물질인 백금(Pt)과 각각 셀레늄(Se2) 혹은 텔루륨(Te2)으로 구성된 PtSe2와 PtTe2 간 상변화를 이용한 화학기상증착법으로 대면적 금속-반도체-금속 구조의 2차원 반도체 소자 제작에 성공했다.
2차원 PtSe2 반도체 물질과 PtTe2 금속 물질 간의 상변화에 따른 각 물질의 구조변화 투과전자현미경 관찰 이미지. 한국기초과학지원연구원 이렇게 제작한 2차원 반도체 소자는 기존 금속전극과의 3차원 접촉으로 이뤄진 반도체 소자보다 훨씬 낮은 접촉저항에 작동효율도 대폭 향상된 특성을 갖는다.
2차원 금속-반도체-금속 이종결합구조의 설계단계도(좌측)와 실제 전자기기의 광학현미경사진(우측). 한국기초과학지원연구원 연구팀은 이번 연구가 여러 이상적인 반도체 물질과 금속전극 간 접촉계면을 형성할 수 있는 접근 방법을 제시, 그간 극복이 어려웠던 접촉저항 문제를 해결할 실마리를 제공할 것으로 기대하고 있다.
정희석 박사는 “금속-반도체 물질 간 상변화와 이를 이용한 수평접합구조 반도체소자의 원자단위 관찰 및 원리규명에는 수차보정 투과전자현미경의 역할이 가장 중요했다”며 “KBSI가 보유한 세계적 수준의 첨단 연구장비로 국가적으로 중요한 반도체 분야 난제들을 해결하는데 기여를 할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
