[대학저널 신효송 기자] 연세대학교(총장 김용학) 물리학과 임성일 교수 연구팀이 단일 2차원 반도체조각 기반 원자층 증착방법(ALD)을 이용해 트랜지스터 소자의 전도성을 선택적으로 전환하는 데 성공했다.

연구진은 수 나노미터 두께의 몰리브덴 텔루르화물 채널 위에 원자층 증착방법을 통한 수소도핑 후 P형 소자가 N형으로 특성이 전환되는 것을 확인했다. 특히 전환된 N형 반도체는 수소도핑에 따라 전류의 증가뿐만 아니라 트랜지스터 소자의 안정성을 보여줌을 확인했다.

이러한 수소도핑의 자세한 메커니즘, 즉 수소도핑이 어떻게 N형 전하운반자를 생성하는지는 연세대 최형준 교수팀의 정밀 계산과학을 통해 규명됐다. 연구진은 이러한 결과를 기반으로 원하는 부분에만 선택적인 수소도핑을 실시함으로써 안정적인 N형과 P형 트랜지스터 소자를 동시에 구현했다. 이를 통해 가장 기본적인 논리회로인 상보형 금속산화반도체(CMOS)를 제작했다. 또한 DC 전압과 AC 전압에서 모두 안정적으로 회로가 작동하는 것을 확인했다.

임성일 교수는 "이번에 발견한 수소도핑은 기존 실리콘 반도체 산업에서 흔히 쓰이는 노광과정과 원자층 증착방법을 이용하기 때문에 실제 이차원 차세대 반도체의 실용화 과정에서 굉장히 의미 있는 연구결과가 될 것"이라고 말했다.

한편 이 연구는 미래창조과학부의 중견연구자 도약사업 및 선도연구센터사업의 지원으로 수행됐다. '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, Impact Factor = 18.96)'에 최근 온라인 게재됐다. 연세대 물리학과 임성일 교수(교신저자)와 임준영 박사과정 학생(제1저자)이 소자제작 및 전기적 특성 등을 측정했다. 최형준 교수(교신저자)가 몰리브덴 텔루르화물의 수소원자 도핑메커니즘을 계산을 통해 규명했다.

[ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]