IBS, 원자층 두께 2차원 반도체 초격자 구조 성장법 최초 구현
IBS, 원자층 두께 2차원 반도체 초격자 구조 성장법 최초 구현
  • 이성현 기자
  • 승인 2021.07.19 10:10
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2차원 반도체 초격자 구조의 성장 모식도
2차원 반도체 초격자 구조의 성장 모식도

기초과학연구원(IBS)은 원자제어 저차원 전자계 연구단 조문호 부연구단장 연구팀이 서로 다른 원자층 반도체를 차곡차곡 쌓는 물질 성장법을 개발했다고 19일 밝혔다. 원자층 두께의 2차원 반도체 초격자 구조를 가진 신물질을 세계 최초로 구현한 것이다.

이에 따라 새로운 양자 정보 반도체 플랫폼을 제시하며 양자컴퓨팅 원천 기술 확보를 앞당길 것으로 기대된다.

2차원 반도체 물질을 두 층의 단일 접합을 통해 만드는 기술은 이미 알려져 있다. 그러나 층과 층 사이에 약한 공유 결합으로 인해 박막이 균일하게 쌓아지지 않아 3층 이상으로 쌓는 기술은 불가능했다.

이번 연구에서는 접합 기술을 연속으로 사용, 서로 다른 원자층 반도체가 9층까지 반복되는 반도체 초격자 구조를 처음으로 구현했다. 연구진은 금속유기화학증착법을 이용하여 2차원 반도체인 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2), 이셀레늄화텅스텐(WSe2) 등을 종류와 순서를 제어하여 쌓아 새로운 구조를 가진 인공 반도체 소재를 개발해냈다.

개발된 성장법을 이용하면 원자층 수준에서 원자 종류와 주기의 인위적 제어가 가능하다. 이는 새로운 인공 물질을 자유자재로 디자인함으로써, 다양한 전자 구조를 갖는 반도체 기술로 이어질 수 있다.

나아가 밸리(valley)라는 전하의 새로운 자유도 저장도 확인했다. 밸리는 2차원 반도체 초격자 구조에서 양자 정보의 매개체로 이용될 수 있다.

조문호 부연구단장은 “2차원 반도체 초격자 구조는 현대 전자 소자 또는 광소자 반도체 기술에 새로운 방향성을 제시할 것”이라며 “향후 차세대 양자컴퓨팅 소자 분야의 원천 기술 중 하나가 될 수 있다”고 설명했다.

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