IBS 조문호 박사 연구팀, 전이금속-칼코겐 층상 화합물로 신물질 합성
조 박사 "전류 손실 10분의 1로 줄여"···'네이처 나노테크놀로지'에 게재

기상 원자층 증착시 같은 물질임에도 증착 온도를 달리해 금속과 반도체로 성질이 나뉜 이텔루륨화몰리브덴(MoTe2). <자료=IBS 제공>
기상 원자층 증착시 같은 물질임에도 증착 온도를 달리해 금속과 반도체로 성질이 나뉜 이텔루륨화몰리브덴(MoTe2). <자료=IBS 제공>
국내 연구진이 반도체와 금속 성질을 동시에 지닌 신물질을 만들었다.  

IBS(기초과학연구원·원장 김두철)는 조문호 원자제어 저차원 전자계 연구단 부연구단장 연구팀이 반도체성과 금속성을 선택적으로 제어해 새로운 2차원 물질을 합성했다고 19일 밝혔다. 

휴대전화와 컴퓨터 등 전자제품 소형화 추세로 2차원 물질이 기존 실리콘 반도체를 대체할 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다. 하지만 금속 전극에서 2차원 반도체 소재로 전자가 이동할 때 경계면 차이가 자유로운 전자이동을 방해해 성능을 저해시키는 문제가 있다. 

연구팀은 2차원 전위 장벽을 동일 원자층 내에서 1차원으로 구현, 전위 장벽을 낮춘 고성능 트랜지스터 소자를 선보였다. 기존 실리콘 반도체 소자의 경우 반도체와 금속 접합이 2차원 평면이지만 동일 원자층 내에서의 접합은 선으로 이뤄져 전위 장벽이 1차원이 된다. 

연구팀은 2차원 반도체 물질인 전이금속-칼코겐 층상 화합물(transition-metal chalcogenides)로 신물질을 합성했다. 전이금속 칼코겐 화합물은 그래핀과 유사한 2차원 층상구조 물질로 투명성과 유연성이 우수하여 차세대 전자소자다. 

다형체 원자층 물질 합성을 통한 2차원 전자소자 구현의 모식도. <자료=IBS 제공>
다형체 원자층 물질 합성을 통한 2차원 전자소자 구현의 모식도. <자료=IBS 제공>
전이금속과 칼코겐 원자 간에 다양한 화학결합이 가능하기 때문에 단일 물질로 반도체성과 금속성이라는 다른 성질을 선택적으로 구현할 수 있다.

연구팀은 전이금속-칼코겐 화합물의 일종인 이텔루륨화몰리브덴(MoTe2)을 기상 원자층 증착법(CVD)으로 합성시, 증착 온도가 상대적으로 저온에서는 반도체성을, 고온에서는 금속성을 띤다는 사실을 밝혔다.

개발된 반도체-금속 접합 구조는 반도체와 금속 간 접촉 저항을 기준의 10분의 1 수준의 접촉저항 값을 보였다고 연구팀은 설명했다. 

조문호 부연구단장은 "원자층 수준 2차원 신물질 합성이 새로운 반도체 기술에 직접적으로 적용된 연구 결과"라며 "다른 다양한 2차원 원자층 물질 합성으로 확장이 가능해 향후 기반 기술로 활용될 수 있을 것"이라고 말했다. 

이번 연구성과는 국제 학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 온라인판에 18일 실렸다. 
 

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