2차원 반도체 상용화 앞당기는 양자측정기술 개발

KRISS 양자기술연구소 연구팀 성과

연구성과 모식도 및 이미지

[아시아경제 김철현 기자] 국내 연구진이 차세대 신소재로 주목받는 2차원 반도체의 상용화를 앞당길 측정기술을 개발했다. 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열)은 양자기술연구소 연구팀이 2차원 반도체성 전이금속 '디칼코게나이드(SC-TMD)' 화합물의 양자전기물성을 측정하는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 그동안 이론적 예측으로 도출해온 물성값들을 정확한 측정으로 규명함으로써, 2차원 반도체의 응용성을 한 차원 높일 것으로 전망된다.

이황화텅스텐, 이황화몰리브덴 등이 대표하는 SC-TMD 물질은 꿈의 신소재로 불리는 그래핀과 유사한 2차원 물질이다. 그래핀의 장점인 우수한 물리화학적 특징은 물론 반도체의 특성까지 가지고 있어 산업 응용 가능성이 높은 것이 장점이다. 하지만 아직까지 물질 자체가 가진 물리적 성질에 대한 비밀이 명확히 풀리지 않아 상용화 단계에서 어려움을 겪고 있다.

연구팀은 육각질화붕소 박막, 흑연, 그래핀, SC-TMD 등의 2차원 물질이 적층된 수직이종접합 구조를 제작, '전자터널링분광법'을 이용해 SC-TMD에 대한 양자전기물성을 정확하게 측정했다. 전자터널링분광법은 양자역학적 성질인 전자터널링 현상을 이용해 에너지 변화에 따른 전자상태밀도 변화량을 정밀하게 측정하는 계측 방법이다. 그 결과 밴드갭과 엑시톤 등 SC-TMD의 고유 물성값은 물론, 원자결함상태의 기원과 영향력까지 규명하는 데 성공했다. 연구팀은 실험을 통한 측정 이후, 이론적 검증방법인 제일원리계산을 통한 해석으로 측정값의 신뢰성을 극대화했다.

연구팀의 정수용 책임연구원은 "원자결함 제어의 가능성을 제시한 이번 기술은 2차원 반도체의 응용성을 폭넓게 확장시킬 것"이라며 "반도체의 성능 향상뿐만 아니라 양자컴퓨터, 스핀트로닉스와 같은 무궁무진한 미래 기술의 기반으로도 응용할 수 있다"라고 설명했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr