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| 성균관대 박진홍 교수팀, 빛과 열을 이용한 2차원 나노반도체 도핑기술 개발 |
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| 농도조절범위를 극대화하여 기존 대비 100배 더 넓고 정밀하게 도핑 가능 |
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아이애드피알 
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| ▲ PSG를 이용한 MoS2 도핑 매커니즘 및 전자소자 특성분석. (사진제공=한국연구재단) © 아이애드피알 | | 국내 연구진이 빛과 열을 이용해 2차원 나노반도체를 n형으로 도핑하는 신기술을 개발하였다. 특히 기존보다 100배까지 더 넓고 정밀하게 도핑할 수 있게 되었다는 점에서 의미가 있다. 이 기술은 2차원 트랜지스터나 센서와 같은 다양한 차세대 전자소자나 광전소자의 기능을 극대화하는데 적극 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
도핑(doping)은 전자나 정공(양전하를 가진 전자와 같은 거동을 하는 가상 입자)의 농도를 조절해 반도체의 특성을 바꾸는 과정이다. 정공이 많으면 p형, 전자가 많으면 n형으로 분류된다.
성균관대 박진홍 교수(교신저자)가 주도하고, 박형열 박사과정연구원(제1저자)과 성균나노과학기술원 이성주 교수가 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단에서 추진하는 기초연구사업(신진연구자 및 중견연구자)의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 나노 과학기술 분야 권위지인 ACS Nano 2월 19일자(논문명 : Wide-Range Controllable n-Doping of Molybdenum Disulfide (MoS2) through Thermal and Optical Activation)에 게재되었다.
반도체에 불순물을 도핑하면, 반도체 속의 전자와 정공의 농도를 조절할 수 있어 반도체의 성능을 높이거나 도체의 특성을 갖도록 할 수 있는데, 이 때 불순물의 종류와 농도 조절이 소자의 최적화에 핵심이다.
그러나 불순물의 농도를 미세하게 조절할 수 있는 기존의 방법(이온을 주입하는 도핑기술)은 물리적인 힘을 이용하기 때문에 반도체의 결정성을 깨뜨릴 수 있어, 1나노미터(10억분의 1미터) 이하의 얇은 2차원 나노반도체에 사용하는데 한계가 있었다.
연구팀은 종이처럼 매우 얇은 2차원 나노반도체의 결정성을 해치지 않고 농도 조절 범위를 극대화시킨 빛과 열에너지를 이용한 신개념 n형 도핑기술을 개발했다.
연구팀은 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 절연물질(인-규산염-유리층)을 2차원 반도체의 아래층에 놓은 뒤 빛과 열에너지를 다르게 가하여 정공의 농도를 조절하는 원리를 이용해, 1㎠ 면적당 100억개(10의 10승)에서 십조 개(10의 13승) 사이에서 정공 농도를 정밀하게 조절하였다.
인-규산염-유리란 오산화인(P2O5) 분자를 포함하고 있는 실리콘 다이옥사이드 절연물질로 일반적으로 화학적 기상 증착법을 활용해 쉽게 합성된다.
또한 이것은 기존의 도핑기술로는 달성할 수 없던 넓은 도핑범위로(기존 대비 100배), 2차원 나노반도체의 특성을 반도체에서 도체까지 자유롭게 변형할 수 있게 하였을 뿐만 아니라, 열에 취약한 반도체 물질을 빛으로 도핑했다는 점에서 의미가 크다.
박진홍 교수는 “기존의 도핑기술로는 불가능했던 빛과 열에너지를 이용해 농도 조절 범위를 확대시킨 신개념 도핑기술개발로, 차세대 2차원 나노반도체 소자 발전에 기여할 수 있을 것”이라고 연구의의를 밝혔다.
/ 아이애드피알 인터넷부 엄재성 A.E. news@iadpr.net
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| 기사입력: 2015/03/31 [17:18] 최종편집: ⓒ iadpr.net |
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