DGIST 권혁준 교수 연구팀 개발
[대구=뉴시스] 박준 기자 = 대구경북과학기술원(DGIST)이 2D 반도체 제어기술을 개발했다.
DGIST는 전기전자컴퓨터공학과 권혁준 교수 연구팀은 빛을 이용해 2차원(2D) 반도체의 전기적 성질을 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 광 도핑(optical doping) 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
2D 반도체는 원자 몇 층 수준의 매우 얇은 두께에서도 우수한 전기적 특성을 보여 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다.
하지만 두께가 얇은 만큼 결함이나 표면 상태의 영향을 크게 받아 원하는 전기적 특성을 안정적으로 구현하기 어렵다는 한계가 있었다.
연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 LAMP(Laser-Assisted Microlens Array Processing·레이저 어시스티드 마이크로렌즈 어레이 프로세싱) 기술을 개발했다.
LAMP는 레이저로 재료를 부분적으로 변형·가공한 뒤 후속 에칭·성형·재결합 등으로 미세 렌즈 배열을 형성하는 공정이다.
이 기술은 자기조립된(Self-assembled) 투명한 폴리스티렌 마이크로 입자를 작은 렌즈처럼 활용해 532㎚ 연속파 레이저를 빛의 회절 한계 이하(sub-diffraction limit) 수준으로 미세하게 집속시키는 방식이다.
연구팀은 이를 통해 단층 이황화몰리브덴(MoS₂) 내부에 황 공공(sulfur vacancy)을 선택적으로 형성하는데 성공했다.
황 공공은 MoS₂ 반도체의 전기적 특성을 바꾸는 중요한 결함이다.
연구팀은 빛을 이용해 이 결함을 원하는 위치에만 정밀하게 만들었으며 이를 통해 화학적 불순물을 넣지 않고도 안정적인 n형 도핑을 구현했다.
실험 결과 LAMP 공정을 적용한 단층 MoS₂ 트랜지스터는 공정 적용 전과 비교해 on-current(온 커렌트)는 최대 63배 증가했으며 전계효과 이동도는 51배, 전하 밀도는 37배 향상됐다.
또 도핑 효과가 장기간 안정적으로 유지되는 비휘발성 특성을 보였으며 실제 반도체 소자 공정에 적용할 수 있는 가능성을 확인했다.
이번 연구는 김준일 석박사통합과정생이 제1저자로 권혁준 교수가 교신저자로 참여했다. 연구 성과는 나노 분야 세계적 권위 학술지인 스몰(Small)에 4월 게재됐다.
연구는 과학기술정보통신부 개인기초연구사업(중견)과 교육부 대학중점연구소지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
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