[에이티엔뉴스=이기종 기자] 한국기초과학지원연구원(KBSI, 원장 양성광)은 소재분석연구부 정희석 박사팀이 센트럴 플로리다대학교(UCF) 재료공학과 및 나노테크놀로지 센터 정연웅 교수팀 등과의 공동연구를 통해 2차원 전이금속디칼코젠(TMD) 반도체 물질 간의 상변화를 통한 이상적인 수평 금속-반도체 접촉을 형성하는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다.

이번 한국기초과학지원연구원과 센트럴 플로리다대학교, 서울대학교, 동아대학교, 미국 텍사스오스틴대학교, 스웨덴 린네대학교 간 국제 공동연구는 나노분야의 저명 학술지인 나노 레터스(Nano Letters)에 2월 14일자로 게재돼 공개됐다.

학술지에 게재된 논문명은 "Reversible Transition of Semiconducting PtSe2 and Metallic PtTe2 for Scalable All-2D Edge-Contacted FETs"이다. 

2차원 TMD 물질은 고유의 우수한 전기적, 물리적, 화학적 특성으로 실리콘 소자의 한계를 극복할 수 있는 차세대 반도체 물질로 주목받고 있으나 2차원 반도체 물질과 3차원 금속전극과의 높은 접촉저항 문제가 실제 반도체 소자의 상용화에 걸림돌이 됐다.

이번 연구팀은 이러한 연구적 필요성에 따라 2차원 TMD 물질인 백금(Pt)과 각각 셀레늄(Se2) 혹은 텔루륨(Te2) 으로 구성된 PtSe2와 PtTe2 간의 상변화를 통한 화학기상증착법을 이용해 대면적 금속-반도체-금속 구조의 2차원 반도체 소자 제작에 성공했다.

연구과정을 보면 기존 금속전극과의 3차원 접촉으로 이루어진 반도체 소자보다 훨씬 낮은 접촉저항 값을 보이고 작동효율도 대폭 향상된 우수한 반도체 소자 특성을 갖는 것을 확인했다.

이 연구결과에 따라 다양한 2차원 물질들의 이상적인 반도체물질과 금속전극 간 접촉계면을 형성할 수 있는 접근 방법을 제시했다.

이와 관련해 UCF 정연웅 교수는 “반도체 물성과 금속 물성을 갖는 2차원 물질 간의 상변화를 이용한 2차원 수평접합구조의 합성을 통해 기존의 3차원 접촉으로 이루어진 반도체 전자소자와 비교하여 접촉저항을 현저하게 낮춘 고성능 반도체 전자소자를 설계하고 제조하는데 중요한 실마리를 제공한 것”이라고 설명했다.

이어 KBSI 소재분석연구부 정희석 박사는 “금속-반도체 물질간의 상변화와 이를 이용한 수평접합구조 반도체소자의 원자단위 관찰과 원리규명에는 수차보정 투과전자현미경의 역할이 가장 중요했다”고 말했다.