국내 연구팀,센서·태양전지 등 2차원 전자소자 최적화
[아시아경제 정종오 기자] 2차원 나노반도체와 비교해 10배 낮은 농도의 p형 도핑기술이 개발됐다. 2차원 전자소자의 성능을 극대화할 수 있다.
국내 연구팀이 자기조립 단분자막을 2차원 나노반도체에 가볍게 증착하는 간단한 p형 도핑기술을 개발해 2차원 전자소자(p형 트랜지스터)의 성능을 최고 수준(이동도는 초당 최대 250㎠로 세계 최고)으로 향상시켰다. 이 기술은 센서나 태양전지와 같은 다양한 2차원 전자소자나 광전소자를 제어하고 최적화하는데 적극 활용될 것으로 기대된다.
반도체에 불순물을 도핑하면 반도체 속의 전자와 정공의 농도를 조절할 수 있어 반도체의 성능을 높일 수 있다. 이 때 불순물의 종류와 농도를 조절하는 것이 소자를 최적화하는 관건이다.
불순물의 농도를 미세하게 조절할 수 있는 기존의 공정(이온을 주입하는 도핑기술)은 물리적 힘을 이용하기 때문에 반도체의 결정성을 깨뜨릴 수 있다. 1나노미터(10억분의 1미터) 이하의 얇은 2차원 나노반도체에 사용하는데 한계가 있었다.
연구팀은 종이처럼 매우 얇은 2차원 나노반도체의 결정성을 해치지 않고 농도를 조절할 수 있는 자기조립 단분자막으로 간단하게 기존 기술 대비 10배 낮은 농도의 p형 도핑기술을 개발한 것이다.
기존의 ㎠ 면적당 1조 개(10의 12승) 이상의 농도로 도핑했던 것에 비해 정밀도 조절이 크게 높였다. 또 대기 중에 오랜 시간(60시간)이 지나도 성능 저하(전자소자를 작동하는 최소전압이 약 18~34%로, 기존 기술은 70%에 달함)가 적고 가열하면 저하된 도핑 성능이 다시 회복되는 특징을 보였다.
성균관대 박진홍 교수(교신저자)가 주도하고 강동호 박사과정연구원(제1저자)과 성균나노과학기술원 이성주 교수가 참여했다. 연구결과는 나노 과학기술분야 ACS Nano 온라인판(논문명: Controllable Nondegenerate p-Type Doping of Tungsten Diselenide by Octadecyltrichlorosilane)에 실렸다.
박진홍 교수는 "간단하게 2차원 소자의 성능을 제어하고 최적화하는 도핑기술 개발로 차세대 2차원 나노반도체 소자 발전에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr
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