[더테크=조재호 기자] 다기능 전자소자를 통해 프로그램 및 기능성 변환이 가능한 회로 구현의 가능성을 제시하고 IC칩에서의 이차원 반도체의 활용성을 확장하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

카이스트는 이가영 전기및전자공학부 교수 연구팀이 양극성 반도체 특성을 지닌 이차원 나노 반도체 기반의 다기능 전자소자를 개발했다고 2일 밝혔다. 다기능 전자소자란 기존 트랜지스터와 달리 전압에 따라 기능을 변환할 수 있는 소자다.

연구팀이 개발한 소자는 양극성 트랜지스터와 N형 트랜지스터, 다이오드, 항복 다이오드, 그리고 광 감지 소자로 변환할 수 있다. 기존 실리콘 반도체보다 성능이 뛰어난 이황화 몰리브덴(MoS2)은 층상 구조의 이차원 반도체 나노 소재로 전자가 흐르는 N형 반도체의 특성을 지니면서 대기에서 안정적인 특징을 지녔다.

아울러 기존 실리콘 반도체가 미세화될수록 성능 저하에 취약약한데 MoS2는 관련 문제가 적어 차세대 반도체로 학계뿐만 아니라 삼성전자나 TSMC, 인텔 등의 산업계에서도 관련 연구가 활발히 진행 중이다.

다만 상보적 금속산화막 반도체(CMOS) 구현을 위해서는 음(N)전하를 띄는 전자뿐만 아니라 양(P)전하를 띄는 정공 유도도 필요한데, 이황화 몰리브덴에서는 정공 유도가 어려웠다. 이 문제 해결을 위해 추가 공정이나 다른 물질을 사용하는 방법이 시도됐지만 공정 난이도가 높아지는 문제점을 보였다.

이가영 교수 연구팀은 금속·반도체의 접합 특성을 개선해 전자와 정공 모두 선택적으로 흐를 수 있는 양극성 특성을 구현했다. 전류의 켜짐과 꺼짐 비를 대폭 높이면서 다기능 변조 동작이 가능한 MoS2 전자소자를 개발한 것인데, 직접도가 개선된 논리 연산이 가능함을 확인했다.

이 교수는 “이번에 개발한 전자소자는 전압 특성에 따라 다양한 기능을 수행하면서도 각 기능의 성능이 우수하다”며 “신개념 소자는 하나의 소자에서 다기능을 할 수 있어서 현재 수요가 급증하고 있는 맞춤형 반도체의 제작 및 공정 전환에 용의할 것”이라고 말했다.

아울러 “목적에 따라 회로 자체의 기능성을 변환할 수 있어 단일 칩 시스템의 소형화에도 기여할 것으로 기대한다”고 덧붙였다.

이번 연구는 나노분야 국제 학술지 ‘ACS Nano’ 2024년 1월 26일 온라인판에 게재됐다.