[미디어펜=류용환 기자] 성균관대학교는 에너지과학과 양희준·김성웅·이영희 교수팀과 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단이 공동 연구를 통해 온도에 따라 반도체에서 도체로 변신하는 2차원 신소재를 활용해 전력 손실이 적고 속도가 빠른 차세대 반도체 소자를 개발했다고 7일 밝혔다.

▲ 반도체-금속 계면 제어 소자 개념도. /자료=성균관대학교

이번 연구에서는 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0.8nm 두께의 ‘다이텔레륨 몰리브데늄’이 이용했다.

다이텔레륨 몰리브데늄은 상온에서 반도체 상태이나 고온에 노출됐다가 상온으로 돌아오면 도체로 변하는 등 반도체와 도체의 물성을 함께 가져 전자소자나 센서, 광소자 등의 신소재로 꼽힌다.

성균관대·IBS 연구팀이 개발한 소자는 반도체 소자의 전극접합 부위에 레이저를 쬐는 방법으로 전류가 흐르는 도체로 바꾸어 소자를 제작한 것이 특징이다.

통상 반도체 소자는 전극역할을 하는 도체와 전자의 통로역할을 하는 반도체 물질을 접합해 제작하는데 두 물질 간 경계면의 전기저항이 커 소자 작동에 필요한 에너지 중 3분의 2가 열에너지로 소모된다.

연구진은 새로운 소자를 만들 때 반도체 소자의 특성을 유지하면서 금속전극과의 접합 부위만 도체상태로 바꿔 두 물질 경계에서 생기는 저항을 낮춤으로써 에너지 손실을 줄이는 한편 소자의 효율을 올리는 데 성공했다.

지난 5월 500도 이상에서 반도체 성질이 금속성질로 바뀌는 소재 특성을 밝힌 연구진은 레이저를 쬐는 간단한 방법을 이용해 신개념의 반도체 소자를 제작할 수 있음을 증명했다.

전자기기의 동작속도를 좌우하는 전자이동도가 기존(2차원 반도체 소자) 대비 50배 이상 커 초고속·저전력 전자기기 구현에 적합하고 공정이 간단해 제작비용을 줄일 수 있다는 장점과 소재의 대면적화, 표면가공 기술 등의 개발을 통해 상용화가 가능할 것으로 예상된다고 성균관대 측은 전했다.

양희준 교수는 “2차원 소재의 상전이 제어로 새로운 소자 개념을 제시했다. 5년내 반도체 산업에 응용 가능한 소자를 개발할 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스’(Science) 8월7일자에 게재됐다.