기초과학연구원(IBS)은 조문호 원자제어 저차원 전자계 연구단 부연구단장 연구팀이 2차원 반도체 물질을 서로 다른 파장의 빛을 이용해 도핑할 수 있음을 발견하고, 실시간이나 자유자재로 반도체 기능을 바꾸는 원자층 집적회로 소자를 만들었다고 15일 밝혔다.
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n형과 p형을 접합해야 트랜지스터가 되어 단일 집적 회로를 구현할 수 있다. 기존에는 표면에 화합물을 도포하거나 물질 합성 단계에서 도핑하는 것이 일반적이었지만 각 유형에 다른 처리가 필요하고, 도핑 후에 성질을 바꿀 수 없었다.
그 결과, 자외선은 n형, 가시광선은 p형으로 2차원 반도체를 도핑했다. 파장이 짧은 자외선은 강한 에너지를 가져 반도체의 텔루륨·몰리브덴 간 원자 결합을 끊었다. 이는 표면에 있는 몰리브덴 원자 일부를 탈락시키는데, 이 때문에 전자가 더 많아져 n형 반도체로 변한다.
반면 가시광선은 텔루륨 원자가 있던 자리를 산소로 치환함으로써 물질 전체에 양공이 많아졌다. 연구진은 해당 이텔루륨화몰리브덴 뿐 아니라 이셀레늄화텅스텐 등 다른 2차원 반도체도 빛으로 도핑이 가능했다.
조문호 부연구단장은 “2차원 반도체 집적회로 구현에 필수적인 도핑 과정이 빛과 물질의 광화학반응으로 간단히 이해될 수 있음을 보였다”며 “이러한 기초과학·응용기술 순환 일체형 연구는 새로운 반도체 기술의 이상적인 사례”라고 했다.
연구 결과는 전자 소자 분야 국제 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’ 15일자 온라인판에 게재됐다.