[더테크=조재호 기자] 카이스트 연구진이 초고속으로 구동되며 온도가 낮아질수록 성능이 개선되어 고주파수 대역과 극저온에서의 활용 가능성이 기대되는 고성능 2차원 반도체 소자 개발에 성공했다.

카이스트는 20일 이가영 전기및전자공학부 교수 연구팀이 실리콘의 전자 이동도와 포화 속도를 2배 이상 뛰어넘는 2차원 나노 인듐 셀레나이드 기반 고이동도, 초고속 반도체 소자를 개발했다고 밝혔다.

2차원 인듐 셀레나이드는 기존 실리콘 반도체 및 2차원 반도체보다 높은 전자 이동도와 높은 전류를 보여 차세대 반도체 물질로 주목받고 있다. 그러나 인듐 셀레나이드는 산화에 취약하고 안정성이 떨어져 개발이 어려웠다.

연구팀은 이를 하부 절연막으로 고품질 2차원 육각형질화붕소(hBN) 물질을, 상부 보호막으로 얇은 인듐을 활용해 인듐 셀레나이드 안정성과 성능을 개선했다. 또한 핵심 채널층을 오염시키지 않고 2차원 이종접합 구조를 형성해 전자 이동도와 포화 속도를 대폭 올렸다.

인듐 셀레나이드의 전자 포화 속도를 체계적으로 분석해 보고한 것은 이번이 처음으로 연구팀은 전자 포화 속도 양상의 결정 기제를 규명했다.

이가영 교수는 “이번에 개발한 고성능 전자 소자는 초고속 구동이 가능해 5G 대역을 넘어 6G 주파수 대역에서의 동작이 가능할 것으로 예측된다”며 “저온으로 갈수록 소자의 성능이 대폭 개선돼 양자 컴퓨터의 양자 제어 IC와 같은 극저온 고주파수 구동 환경에 적합하다”고 말했다.

이번 연구는 나노과학 분야 국제 학술지 ACS Nano에 2024년 3월 19일 정식 출판됐으며 저널 표지 논문으로 채택됐다.