성균관대 전자전기공학부 박진홍 교수팀은 종이처럼 매우 얇은 2차원 나노반도체의 결정성을 해치지 않고, 빛과 열에너지를 이용해 불순물 농도 조절 범위를 극대화한 신개념 n형 도핑기술을 개발했다고 30일 밝혔다.
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| (사진=한국연구재단) |
도핑(doping)은 반도체 내에 불순물을 첨가해 전자나 정공(양전하를 가진 전자와 같은 거동을 하는 가상 입자)의 농도를 조절, 반도체의 특성을 바꾸는 과정으로 정공이 많으면 p형, 전자가 많으면 n형 트랜지스터가 된다.
불순물의 농도를 미세하게 조절할 수 있는 기존 방법(이온을 주입하는 도핑기술)은 물리적인 힘을 이용하기 때문에 반도체의 결정성을 깨뜨릴 수 있어 1나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 이하의 얇은 2차원 나노반도체에 사용하는 데는 한계가 있었다.
이에 연구진은 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 절연물질인 ‘인-규산염-유리층’을 2차원 반도체의 아래층에 놓은 뒤, 빛과 열에너지를 다르게 가하여 정공의 농도를 조절하는 원리를 이용해 1㎠당 100억∼10조개 사이에서 정공 농도를 정밀하게 조절했다.
이는 도핑 범위를 기존 도핑기술보다 100배 확대한 것으로, 2차원 나노반도체의 특성을 반도체에서 도체까지 자유롭게 변형할 수 있게 했을 뿐만 아니라 열에 취약한 반도체 물질을 빛으로 도핑했다는 점에서 의미가 크다는 게 연구진 설명이다.
박진홍 교수는 “기존의 도핑기술로는 불가능했던 빛과 열에너지를 이용해 농도 조절 범위를 확대시킨 신개념 도핑기술을 개발한 것”이라며 “차세대 2차원 나노반도체 소자 발전에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단에서 추진하는 기초연구사업(신진연구자 및 중견연구자)의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 나노 과학기술분야 권위지인 ACS Nano 2월 19일자에 게재됐다.
dsun@heraldcorp.com
