[미디어펜=류용환 기자] 국내외 연구진이 전자소재 및 소자의 성능을 손실 없이 구현할 수 있는 대면적 2차원 절연체 기판을 개발했다.

성균관대학교는 에너지과학과 이영희 교수(IBS 나노구조물리연구단 단장) 등이 공동연구를 통해 반도체소자 성능 150배 향상시키는 높이는 신소재 전자기판 개발, 이번 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션 10월28일자 온라인판에 게재됐다고 30일 밝혔다.

   
▲ 화학기상 증착기에 철 기판을 넣은 후 보라진 소스를 주입해 대면적 고결정성 두꺼운 보론 나이트라이드(h-BN)를 성장하는 모식도(왼쪽), 다중충 h-BN 투과전자현미경 이미지. /자료=성균관대학교

이 교수는 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원·복합소재기술연구소 소프트혁신소재연구센터 김수민 박사, 김기강 동국대 융합에너지신소재공학과 교수, 징 콩 미국 메사추세츠공과대학 교수와 함께 기판과 소자 간의 상호작용을 거의 없앨 수 있는 보론 나이트라이드(h-BN)로 기존의 산화물 기판을 대체할 기판을 만들었다.

h-BN는 이상적 절연체 기판의 재료로 알려져 있지만 대면적·고결정성 구현이 어려워 상용화에 걸림돌이 됐다.

전기회로와 반도체 제작에는 산화물 절연체 기판이 널리 쓰인다. 하지만 기판과 소재 사이의 강한 상호작용으로 인해 소재가 가진 고유 성능이 저하되는 문제가 있었다.

이에 연구진은 철 기판을 사용해 두꺼우면서 면적이 넓고 결정성이 높은 h-BN 박막을 만들어 냈다.

또한 h-BN 기판에 다수의 이차원 전자 소재를 적용해 소재의 성능 향상을 수치상으로 확인, 이중 h-BN 기판 위에 화학기상 증착법으로 형성된 단일층 이셀렌화텅스텐의 전하이동도는 이산화규소 기판 대비 150배 높았다.

이를 통해 연구진은 결함이 적고 전자 소재와 상호 작용이 거의 없는 이상적 기판 소재인 h-BN 박막을 사용하면 어떤 2차원 물질이라도 소재의 본연의 성능을 살릴 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

김수민 박사는 “전자소자 연구의 최대 난제를 해결할 수 있는 이상적인 소재의 대면적화를 제시했다. 테라헤르츠(THz)급 전자소자 산업의 빠른 상용화를 이끌 기반을 마련할 것”이라고 말했다.