단일 원자층 물질 삽입 전도성 조절

실리콘 반도체 트랜지스터는 집적도가 수 나노미터 수준으로 높아지면 전도성이 급격히 떨어져 성능 개선에 한계가 있다. 이에 비해 산화물 반도체는 나노미터 수준에서도 전도성을 유지해, 기존 실리콘 반도체의 한계를 극복하는 미래형 반도체 기술로 주목받고 있다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주) 장호원 박사(전자재료센터ㆍ사진)와 미국 위스콘신대 엄창범 교수(재료공학과) 연구팀은 산화물 반도체의 산화물 기판과 산화물 박막 사이에 원자 한층 두께의 또다른 산화물을 삽입함으로써 반도체의 전도성을 조절하는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

이 기술은 산화물 반도체 상용화를 앞당기는 원천기술로 평가돼 세계적인 과학저널인 사이언스지(2월18일자)에 게재됐다.

산화물 반도체에서는 매우 높은 농도의 전자밀도를 얻을 수 있어 나노미터 수준에서도 물질의 전도성이 유지할 수 있다. 하지만 실제 산화물 반도체를 전자소자에 적용하기 위해서는 나노미터 수준에서 그 물질의 전도성을 제어할 수 있는 기술이 필수적이다.

연구팀은 절연체인 산화물 기판과 산화물 박막 사이에 원자 한층 두께의 또다른 산화물을 집어넣음으로써 전도성이 높은 2차원 전자가스를 형성하는 기술을 개발했다.

또 단일 원자층의 구성물질을 변화시키면 2차원 전자가스 층이 금속성, 반도체성, 절연성 등 다양한 전도성을 나타낸다는 사실도 규명했다. 단일 원자층 제어를 통한 물질 전도성 조절 기술은 기존 실리콘 반도체에서는 불가능했던 기술로, 실리콘으로 구현할 수 없는 금속-절연체 전이, 초전도성, 자성 등 다양한 기능성을 보유한 미래형 신개념 산화물 반도체 실현의 원천 기술로 평가된다.

장호원 박사는"이 기술은 향후 초고속 슈퍼컴퓨터용 중앙처리장치, 고밀도 비휘발성 메모리, 초고감도 센서 등 차세대 신개념 전자소자 개발의 핵심 기술로 자리매김할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

안경애기자 naturean@