기초과학연구원, 2D 반도체 원자 치환 모듈형 트랜지스터 기술 개발

기초과학연구원(IBS) 반데르발스 양자 물질 연구단이 2차원 반도체의 원자를 선택적으로 치환하는 모듈형 트랜지스터 제조 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 10월 16일 국제 학술지 사이언스에 게재됐다.

연구팀은 이셀레늄화텅스텀(WSe2)의 셀레늄 원자를 산소, 황, 텔루륨으로 대체해 원하는 위치에 절연체, 반도체, 반금속을 형성했다. 반응 온도와 기체 압력을 제어해 약 0.7나노미터 두께의 원자층 단위로 물질을 전환했다.

이 방법으로 만든 트랜지스터는 61.3밀리볼트의 서브스레숄드 스윙을 보여 상온 이론 한계인 약 60밀리볼트에 근접했다. 온·오프 전류비는 1000만을 넘었고, 전극과 반도체 사이의 에너지 장벽은 기존 금속 전극 직접 접합 대비 약 3분의 1로 줄었다. 절연막의 등가 산화막 두께는 1나노미터 미만으로 구현됐다.

연구팀은 p형과 n형 트랜지스터를 수직으로 적층한 상보형 인버터도 제작해 1볼트에서 동작하는 것을 확인했다.

기초과학연구원의 설명

기초과학연구원은 이번 기술이 2차원 반도체 기반 소자의 집적도를 높일 수 있는 제조 방식이라고 설명했다. 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받았다. 연구단장은 이번 성과가 모듈형 공정으로 다양한 소자 구현에 활용될 수 있다고 밝혔다.