초미세 반도체 전극 개발.. '모어 무어' 실마리

대면적 기판 위에 합성된 2차원 전이금속 텔루륨화 화합물을 묘사한 모식도

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 새로운 전극 물질을 개발해 고성능 초미세 반도체 소자 구현에 성공했다. 연구진은 2016년 종말을 맞은 '무어의 법칙'을 넘어선 모어 무어(More Moore)의 시대를 여는데 기반이 될 기술이라고 전망했다. 울산과학기술원은 이같은 내용의 권순용 신소재공학부 교수 연구팀의 연구 결과가 네이처 일렉트로닉스 20일자에 실렸다고 7일 밝혔다.

연구팀은 초미세 반도체의 전극 물질로 활용할 수 있는 새로운 소재를 개발했다. 2차원 텔루륨화 화합물을 합성하는데 성공했다. 이 물질은 2차원 반도체 소자에 적용가능한 전극 물질로 각광받는 물질이지만 화합물 구성은 힘든 상황이었다. 연구팀은 금속합금 원료에서 증발한 텔루륨 기체를 가두는 공법을 통해 화합물을 구성해냈다.

송승욱 UNIST 신소재공학과 박사과정 연구원은 "구리(Cu)나 니켈(Ni) 같은 특정 금속에 텔루륨을 적당량 첨가하면 비교적 낮은 온도에서도 액화된다는 사실을 확인했다"며 "이 액체에서 방출되는 텔루륨 원자들을 가두어 반응시키는 성장기법을 써서 2차원 금속 전극 물질을 대면적으로 합성했다"고 설명했다.

연구팀이 개발한 텔루륨화 화합물은 초미세 반도체의 전극 물질로 활용하기 적합한 성질을 갖추고 있다. 이 물질은 합성 중 결함이 거의 발생하지 않아, 기계적으로 떼어낸 2차원 물질과 비교해도 우수한 물리적·전기적 특성을 나타냈다. 특히 기존 반도체 공정을 그대로 활용해도 만들어낼 수 있어 비용 절감까지 가능하다.

울산과학기술원은 "새로운 2차원 금속 전극 물질은 원자 층 수준 두께로 얇아 그래핀 등 박막 반도체 소재에 적용돼 반도체 소자 미세화를 앞당길 전망이라고 했다.

연구팀은 이렇게 구성한 2차원 전극 위해 2차원 반도체인 아황화몰리브덴을 올리는데도 성공했다. 그 결과 금속과 반도체 경계면의 에너지 장벽(쇼트키 배리어)이 이론치에 가깝게 아주 낮았고, 그만큼 전자 이동이 쉬워졌다. 추가적인 공정 없이도 반도체 접합면에서의 전자 이동이 수월하게 이뤄지는 것을 확인했다는 뜻이다.

권순용 교수는 "새로 합성한 금속 전극과 반도체 접합의 결함이 매우 적다"라며 "특히 상용 금속 배선 기술로는 구현하기 힘들다고 알려진 에너지 장벽(쇼트키 베리어) 제어가 가능하다는 점에서, 추가연구를 통해 N형과 P형 양쪽성을 가진 차세대 반도체를 구현하는 데 도움이 될 것"이라고 기대했다.

대면적 2차원 전이금속 텔루륨화 화합물 성장과 이를 이용한 반도체 성능 제어

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr