[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 고려대학교 KU-KIST 융합대학원 이철호 교수팀과 공동연구팀(경희대학교 김영덕 교수, 울산과학기술원 정후영 교수 등)이 원자층 반도체, 이황화 몰리브덴의 전하이동도를 향상시킬 수 있는 원거리 도핑기술을 개발했다고 8일 밝혔다.
반도체에 전자 등을 추가로 주입하는 도핑과정을 거치면 반도체의 특성을 바꾸거나 새로운 특성을 부여할 수 있다.
그러나 이 과정에서 불순물이나 결함 등이 생겨나는데 특히 얇은 원자층 반도체의 경우 잔류하는 불순물에 전하가 충돌하면서 전하의 이동이 느려지는 것이 문제였다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 서로 다른 3개의 원자층 반도체를 적층하고 전하가 이들 층간을 이동하도록 함으로써 물질 내부 또는 표면에 자리한 불순물과 충돌을 줄일 수 있는 구조를 설계했다.
연구과정을 보면 원자층 반도체의 에너지 밴드구조를 비교하여 변조 도핑이 가능한 구조를 만들기 위해 다양한 원자층 반도체 물질 후보군 및 이종접합 구조를 선별했다.
이어 선별된 물질 후보군 및 이종접합 구조에서 층간 전하 이동 및 도핑이 원활하게 이루어지는지 확인하고자 도핑에 따른 광 발광 특성 및 전기 전도도 측정을 진행했다.
이 과정에서 이셀레늄화텅스텐/육방정 질화붕소/이황화몰리브덴(WSe2/hBN/MoS2) 이종접합 구조에서 층간 전하이동에 의해 광발광 특성이 변화하는 양상과 이황화 몰리브덴 단일 층에서와 마찬가지로 변조 도핑을 통해 채널의 전기 전도도가 증가하는 것을 측정할 수 있었다.
이 연구결과에 의하면 실제 만들어진 이종접합 소자는 기존 소자보다 전하이동도가 18배 향상됐다.
연구 관계자는 “다양한 도핑방법 및 이종접합 소자구조에서도 적용될 수 있기 때문에 다른 원자층 반도체에도 접목할 수 있을 것”이라고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 나노·소재기술개발사업, 중견연구지원사업, 선도연구센터사업 등을 통해 수행됐고 국제학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 9월 13일 게재됐다.