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반도체 N형과 P형 모두에서 고성능을 발휘할 인듐 셀레나이드(InSe) 기반의 양극성 반도체 소자가 국내에서 개발됐다.
인듐 셀레나이드(인듐과 셀레늄으로 이뤄진 무기 화합물)는 실리콘 반도체보다 전자 이동도가 우수하고, 포화 속도가 2배 이상 빠른 장점으로 차세대 2차원 층상구조 나노소재로 주목받지만 그간에는 주로 N형 반도체로만 사용되는 한계를 보였다.
이와 달리 새롭게 개발한 양극성 반도체 소자는 기존의 N형은 물론 P형에서도 적용이 가능하다는 점에서 의미를 갖는다.
KAIST는 전기 및 전자공학부 이가영 교수 연구팀이 나노 반도체 인듐 셀레나이드 기반의 양극성 다기능 트랜지스터를 개발했다고 30일 밝혔다.
인듐 셀레나이드는 P형 반도체 및 상보적 회로 구현에 필요한 양(P) 전하를 띄는 정공(P형 트랜지스터 구현에 필요한 양 전하 입자)을 유도하기 어려워 그간 N형 반도체에서만 주로 사용됐다.
하지만 연구팀은 새로운 소자 구조 설계로 이러한 문제를 해결, 양극성 반도체 소자를 개발함으로써 N형과 P형 트랜지스터 모두에 적용할 수 있게 했다.
인듐 셀레나이드 하부에 전극을 배치하고, 금속-반도체 접합 특성을 개선해 전자와 정공이 선택적으로 흐를 수 있는 양극성 특성을 구현하는 방식이다.
연구팀이 개발한 양극성 반도체 소자는 N형 및 P형 전류 꺼짐·켜짐 비가 모두 109(10억) 이상을 기록하기도 했다.
실리콘 반도체 소자는 일반적으로 108 이하의 비로 단극성 구동을 띄며, N형과 P형 구동이 동시에 가능한 양극성 2차원 반도체도 N형과 P형 꺼짐·켜짐 비가 동시에 108 이상을 기록한 사례는 전무했다는 것이 연구팀의 설명이다.
이가영 교수는 “다기능 소자는 일반적으로 복잡한 공정 과정과 구조를 요구해 제작과 집적에 어려움이 따른다”며 “하지만 이번 연구에서는 부분 게이트 구조 도입으로 하나의 소자에서 다양한 기능을 구현할 수 있는 다기능 소자를 제작해 공정 효율성을 높이고, 회로 설계에 유연성을 높일 수 있게 했다”고 설명했다.
한편 이번 연구는 한국기초과학지원연구원 국가연구시설장비진흥센터, 한국연구재단 우수연구사업, KAIST 도약연구 사업, 삼성전자 등의 지원을 받아 수행됐다.
대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr
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