KBSI “차세대 반도체 소자 제작기술개발 난제 해결”

[이뉴스투데이 이승준 기자] 국내 연구진이 차세대 반도체 기술의 중요한 부분으로 향후 전자 소자, 광전자 소자, 양자기술 등 다양한 분야에서 혁신을 이끌어 낼 것으로 기대되는 2차원 반도체 물질 연구 분야의 난제를 풀어냈다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 정희석 소재분석연구부 박사 연구팀이 정연웅 센트럴 플로리다대학교(UCF) 재료공학과 및 나노테크놀로지 센터 교수 연구팀과의 공동연구를 통해, 2차원 전이금속디칼코젠(TMD) 반도체 물질 간의 상변화를 통한 이상적인 수평 금속-반도체 접촉을 형성하는 방법을 개발해 2차원 반도체 물질의 접촉저항 문제를 해결했다고 23일 밝혔다.  

KBSI에 따르면 2차원 TMD 물질은 고유의 우수한 전기적, 물리적, 화학적 특성으로 실리콘 소자의 한계를 극복할 수 있는 차세대 반도체 물질로 주목받고 있으나 2차원 반도체 물질과 3차원 금속전극과의 높은 접촉저항 문제가 실제 반도체 소자의 상용화에 한계점으로 여겨져 왔다. 

연구진은 2차원 TMD 물질인 백금(Pt)과 각각 셀레늄(Se2) 혹은 텔루륨(Te2) 으로 구성된 PtSe2와 PtTe2 간의 상변화를 통한 화학기상증착법을 이용, 대면적 금속-반도체-금속 구조의 2차원 반도체 소자 제작에 성공했다. 

특히 해당 반도체 소자는 기존 금속전극과의 3차원 접촉으로 이루어진 반도체 소자보다 훨씬 낮은 접촉저항 값을 보이고, 작동효율도 대폭 향상된 우수한 반도체 소자 특성을 갖는 것을 확인했다. 

이번 연구를 통해 다양한 2차원 물질들의 이상적인 반도체물질과 금속전극 간 접촉계면을 형성할 수 있는 접근 방법을 제시했으며, 현재까지 극복하기 어려웠던 접촉저항 문제를 해결할 수 있는 실마리를 제공할 것으로 기대된다는 게 KBSI의 설명이다.

정연웅 UCF 교수는 “반도체 물성과 금속 물성을 갖는 2차원 물질 간의 상변화를 이용한 2차원 수평접합구조의 합성을 통해 기존의 3차원 접촉으로 이뤄진 반도체 전자소자와 비교해 접촉저항을 현저하게 낮춘 고성능 반도체 전자소자를 설계·제조하는 데 중요한 실마리를 제공한 것”이라고 밝혔다. 

또 정희석 KBSI 소재분석연구부 박사는 “금속-반도체 물질간의 상변화와 이를 이용한 수평접합구조 반도체소자의 원자단위 관찰과 원리규명에는 수차보정 투과전자현미경의 역할이 가장 중요했다”고 전했다.

그러면서 “KBSI가 보유한 세계적 수준의 첨단연구 장비와 연구인력이 차세대 반도체 소자 및 기기의 개발 등 국가적으로 중요한 반도체 분야의 난제들을 해결하는 데 앞으로도 많은 기여를 할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.