▲ 유원종 성균관대 교수

[미디어펜=류용환 기자] 성균관대학교는 성균나노과학기술원 유원종 교수 연구팀이 ‘초박막 소재(MoS2)’를 기반으로 한 두께 3나노미터급 반도체를 세계 최초로 개발했다고 25일 밝혔다.

이번 개발된 초박막 반도체는 모바일, 플렉시블, 웨어러블 환경 구현을 위한 반도체 소자의 초소형화 및 초절전형이 가능한 원천기술로 현재 국내외 특허 출원 중이다.

초절전형 차세대반도체 개발을 위해 세계적으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 그래핀 (Graphene) 기술을 차세대 반도체에 적용시키고자 하는 연구가 진행 중이지만 고성능 반도체 제작에 한계를 보이고 있어 현재는 신물질 개발에 연구 초점이 맞춰지고 있다.

유 교수팀은 기존 3차원(3D) 구조의 규소로 만들어지는 반도체 소자와 달리 2차원(2D) 구조를 갖는 소재인 황화몰리브데늄(MoS2)을 반도체 소재로 활용해 수직형 p-n 접합소자를 제작하는데 성공했다.

MoS2을 반도체 소재로 활용하면 반도체 특성을 지니면서도 초박막구조를 형성할 수 있다. 또한 반도체가 매우 얇아지는 만큼 동작에 필요한 전압도 급격히 낮아져서 전력소모가 매우 작은 소자 제작이 가능하다.

특히 기존 3D 규소 반도체는 14나노미터 수준 이하로는 제작이 불가능했으나 이번 개발된 2D구조의 반도체 소자는 3나노미터급으로 매우 얇으면서 에너지 소모는 4배 이상 적은 것으로 나타났다.

유 교수는 “p-n 접합소자는 많은 반도체 전자회로의 기본 소자로 쓰이므로 이러한 기본 소자를 이루는 물질이 2D 소재로 대체될 경우 미래의 초고속 반도체, 고효율 광전소자, 신개념 투명 유연소자 개발 및 응용 연구를 가속화할 것이다”고 말했다.

미래창조과학부 글로벌프런티어사업의 하이브리드인터페이스기반미래소재연구단의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈 24일자 온라인판에 게재됐다.