2개 층 구조와 인듐 셀레나이드 보호 동시에 잡아
극저온 고주파수 구동 환경에 적합
(내외방송=정지원 기자) 온도가 낮아질수록 성능이 개선되는 반도체가 개발돼 5G, 6G 시대에 핵심이 될 것으로 전망된다.
최근 KAIST(한국과학기술원)에 따르면 이가영 전기및전자공학부 교수 연구팀이 실리콘의 전자 이동도와 포화 속도를 2배 이상 뛰어넘는 '2차원 나노 반도체 인듐 셀레나이드 기반 고이동도, 초고속 소자'를 개발했다.
반도체 물질에서 전자 등이 움직일 수 있는 최대 속도를 '포화 속도'라고 일컫는데, 극성을 띠지 않는 비극성물질들이 결합할 때 생기는 반데르발스 힘으로 이뤄진 인듐과 셀레나이드를 기반으로 포화 속도를 2배 이상 향상시켰다.
2차원 인듐 셀레나이드는 기존 실리콘 반도체와 2차원 반도체보다 높은 전자 이동도와 전류를 갖고 있어 차세대 반도체 물질로 주목받고 있지만, 대기 중 산화에 취약하고 안정성이 떨어진다는 단점이 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 반도체 상, 하부를 구성하는 물질을 다르게 구성했다.
상부는 얇은 인듐 금속을 활용해 인듐 셀레나이드의 안정성과 성능을 개선하는 보호막으로, 하부는 고품질 2차원 육각형질화붕소(질소와 붕소가 육각형 평면 구조를 이룸)를 사용해 절연막으로 만들었다.
또, 인듐 셀레나이드층을 오염시키지 않고, 2개 층으로 이뤄진 반도체 구조(이종접합)를 유지하기 위해 전자 이동도와 포화 속도를 대폭 높였다.
이 교수는 "이번에 개발한 고성능 전자 소자는 초고속 구동이 가능해 5G 대역을 넘어 6G 주파수 대역에서 동작이 가능할 것으로 예측된다"고 말했다.
이어 "저온으로 갈수록 소자의 성능이 대폭 개선돼 양자컴퓨터의 양자 제어 IC(집적회로, 분리 불가능한 회소 소자 집합)와 같이 극저온 고주파수 구동 환경에 적합하다"고 설명했다.
석용욱 박사과정이 제1저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지 'ACS 나노(Nano)'에 최근 출판됐다(논문명: High-Field Electron Transport and High Saturation Velocity in Multilayer Indium Selenide Transistors).
