DGIST, 2D 반도체 제어 기술 개발

대구경북과학기술원(이하 DGIST)가 빛만으로 2차원(2D) 반도체의 전기적 특성을 정밀하게 조절하는 기술을 개발했다. 차세대 초고집적 반도체 공정에 활용 가능성이 주목된다.DGIST 전기전자컴퓨터공학과 권혁준 연구팀은 마이크로렌즈 기반 광 도핑(optical doping) 기술인 ‘LAMP’를 개발했다고 20일 밝혔다. 연구 결과는 나노 분야 국제학술지인 Small 4월호에 게재됐다.2D 반도체는 원자층 수준의 얇은 두께에서도 높은 전기적 성능을 구현할 수 있어 차세대 반도체 소재로 꼽힌다. 다만 표면 결함과 외부 환경의 영향을 크게 받아 원하는 특성을 안정적으로 구현하기 어렵다는 한계가 있었다.기존 결함 제어 방식은 고온 열처리나 플라즈마, 전자빔 등을 이용해 소재 손상 우려가 컸다. 연구팀은 이를 개선하기 위해 자기조립된 폴리스티렌 입자를 초소형 렌즈처럼 활용했다. 여기에 532nm 연속파 레이저를 조사해 빛을 회절 한계 이하 수준으로 집속시키는 방식으로 단층 이황화몰리브덴(MoS₂) 내부에 황 공공(sulfur vacancy)을 선택적으로 형성했다.황 공공은 반도체의 전기적 특성을 변화시키는 핵심 결함이다. 연구팀은 화학 불순물 주입 없이 원하는 위치에만 결함을 만들어 안정적인 n형 도핑 구현에 성공했다. 특히 기존 직접 레이저 조사보다 낮은 에너지 조건에서도 정밀 제어가 가능했다고 설명했다.실험 결과, LAMP 공정을 적용한 단층 MoS₂ 트랜지스터는 공정 전보다 on-current가 최대 63배 증가했다. 전계효과 이동도는 51배, 전하 밀도는 37배 향상됐으며, 장기간 특성이 유지되는 비휘발성 안정성도 확인됐다.권혁준 교수는 “빛만으로 원자 수준 결함을 원하는 위치에 형성할 수 있는 새로운 플랫폼을 제시한 연구”라며 “향후 2D 반도체 기반 CMOS와 3차원 반도체 공정의 핵심 기술로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.이번 연구는 김준일 석박사통합과정생이 제1저자로 참여했으며, 과학기술정보통신부 개인기초연구사업과 교육부 대학중점연구소지원사업 지원을 받아 수행됐다.