기초과학연구원(IBS), 반도체와 도체 자유롭게 변신하는 2차원 신소재 개발

[단일 물질 반도체-금속 제어 개념도, 사진제공-미래부]

 

아주경제 정광연 기자 =국내 연구진이 2년의 연구 끝에 온도 변화만으로 반도체와 도체를 자유롭게 넘나들 수 있는 소재(2차원 층상구조 다이텔레륨 몰리브데늄(MoTe2))를 세계 최초로 개발했다고 5일 밝혔다.

이 물질은 15℃ 정도의 상온에서는 반도체 상태였다가 500℃이상의 열을 가한 후 다시 상온으로 온도를 낮추면 도체 상태로 바뀌는 성질을 가지며, 두께가 성인 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0.8nm로 매우 얇고 투명하다.

현재 반도체 제작을 위해서는 반도체와 도체(금속)를 접합해야하기 때문에 제작공정이 복잡하고, 비용도 많이 소요됐으나 이번 개발된 신물질을 활용하면 단일물질만으로도 반도체 소자를 만들 수 있게 되어, 제작 공정이 크게 단축될 뿐만 아니라, 공정이 단축된 만큼 비용과 시간도 크게 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 전기적, 광학적 성질이 뛰어나 투명 디스플레이나 몸에 착용할 수 있는 차세대 전자기기 소재 등 다양한 분야에서 응용이 가능하다. 다만, 이번에 개발된 신물질을 상용화하기 위해서는 실리콘 반도체 웨이퍼처럼 넓게 제작하거나, 표면에 얇은 막을 입히는 등 표면가공 기술에 대한 후속 연구가 필요하다.

현재 세계 반도체 시장 매출액은 3466억달러이며 연평균 1.8% 성장해 오는 2019년 3894억달러 규모까지 성장할 것으로 세계적인 시장조사기관 IDC가 예측한바 있다.

이번 연구는 미래창조과학부(장관 최양희) 산하 기초과학연구원(IBS, 원장 김두철)의 나노구조물리연구단(단장 이영희) 연구팀과 성균관대학교, 한국과학기술원(KAIST)이 공동으로 수행했다.

이번 연구를 주도한 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단 양희준 연구위원은“2차원 단일 소재에서 반도체, 금속 물성 제어를 최초로 구현한 성과”라며 “5년 안에 반도체 산업 전반에 응용 가능한 소자를 개발하는 것이 궁극적인 목표다”라고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 물리학 분야의 세계 최고 권위지인 네이처 피직스(Nature Physics, IF) 5월 4일자에 게재됐으며 이러한 나노분야의 우수 연구 성과가 조기에 산업화될 수 있도록 미래부는 지난 4월 30일 ‘나노기술 산업화 전략’을 발표한 바 있다.