전북대학교 허근 교수팀, 차세대 반도체 구현 솔루션 ‘집대성’

▲사진*허근 교수 연구팀

[전주시 소비자저널=최훈 기자] 전이금속 칼코겐 물질(TMDc)은 댕글링본드(dangling bond)가 없는 표면특성을 지니는 원자수준 두께의 극박막 반도체 물질로, 미세화의 한계에 다다른 현 시점에서 실리콘을 이을 차세대 반도체 물질의 유력 후보로 학계와 산업계에서 큰 주목을 받고 있다. 

그러나 차세대 반도체 유력 후보 물질이라는 큰 가능성에 비해 아직 대면적 합성과 비싼 비용, 공정 적합도 등의 측면에서 실용화의 단계까지 많은 기술적 장벽이 존재한다.

이러한 차세대 2차원 칼코겐 물질의 연구 방향과 광소자, 메모리, 센서소자 등의 응용 원리와 방법을 집대성한 연구 성과를 전북대학교 허 근 교수팀(자연대 반도체과학기술학과)이 발표해 큰 주목을 받고 있다.

전북대학교는 허근 교수 연구팀이 차세대 2차원 전이금속 칼코겐 물질의 연구 방향과 광소자, 메모리, 센서소자 등의 응용 원리 및 메커니즘을 집대성한 연구 성과를 발표했다고 지난 7일 밝혔다.

이번 연구 결과는 ‘2D Rhenium Dichalcogenides: From Fundamental Properties to Recent Advances in Photodetector Technology’라는 제목의 논문으로 기능성 전자소재 분야 탑 저널인 어드밴스드 펑서널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials / IF: 19.924, JCR 3.6%) 최신호에 게재됐다.

이와 같은 세계 최고 수준의 저널에 리뷰 논문을 제재했다는 것은 해당 분야 저자 및 소속 기관의 축적된 연구 성과와 학술적 권위가 국제적으로 인정받았음을 의미한다. 이는 전북대의 학술적 위상을 한 단계 끌어올린 쾌거로도 받아들여지고 있다.

허 교수팀의 이번 논문은 연구팀이 지난 5년 간 축적한 연구 결과에 기반해 전이금속 칼코겐 물질의 근본적인 물성을 세밀히 분석하고, 로직/메모리/인공지능 반도체, 광반도체, 각종 센서 등의 다양한 기능성 반도체 분야에 활용하기 위해서는 어떠한 물리적·기술적 장벽들이 존재하는지를 명확하게 정의한 것이다.

특히 연구팀은 현재 제기되고 있는 많은 기술적 장벽을 극복하기 위해 기존의 전이금속인 6족 디칼코게나이드(TMD) 물질에 비해 월등한 광대역 반응성을 지니는 7족 TMD물질들을 소재로 삼았다.

이를 ‘모내기법’과 ‘에피택시성장법’을 활용하여 공정 결함이 없는 단결정 필름을 합성하는 기술과 화학적 도핑을 이용한 전기적 특성을 정밀하게 조절하는 방법, 그리고 이등방성(異等方性) 단결정 나노필름의 적층 및 측정각도를 조절함으로써 소재의 광학, 전기·화학적 기능성을 극대화하여 차세대 기능성 반도체소자 구현하는 기술 등 합성과 응용의 전 단계에 걸쳐 필요한 솔루션을 세밀하게 제시했다.

허 근 교수와 주저자인 장현식 박사는 “이번 연구는 우리 연구실에서 지난 5년 동안 축적된 차세대 반도체 관련 성과들을 집대성한 것”이라며 “차세대 기능성 반도체 구현을 위한 한계 돌파 방안들을 세밀하게 제시했다는 점에서 반도체 분야의 많은 연구자들에게 널리 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 지역대학우수과학자사업과 세종과학펠로우십, 그리고 4단계 BK21(반도체화공연구단)의 지원을 받아 이뤄졌다.