새로운 초박형 전극 재료: 단계 C

영화에서 흔히 볼 수 있는 인공지능과 자율주행 시스템을 일상생활에 적용하려면 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 프로세서가 더 많은 데이터를 처리할 수 있어야 합니다. 그러나, 컴퓨터 프로세서의 핵심 부품인 실리콘 기반의 논리 소자는 소형화 및 집적화가 진행됨에 따라 처리 비용과 전력 소모를 증가시키는 데 한계가 있다.

이러한 한계를 극복하기 위해 초박형 2차원 반도체 기반의 전자 및 논리 소자에 대한 연구가 원자층 수준에서 진행되고 있다. 그러나 2차원 반도체에 도핑하여 전기적 특성을 제어하는 ​​것은 기존의 실리콘 기반 반도체 소자에 비해 어렵다. 따라서 많은 논리 소자를 2차원 반도체로 구현하는 것은 기술적으로 어려웠다.

한국과학기술연구원 (KIST, 의장: 윤석진)은 광전자소재연구단 황도경 박사와 군산대학교 물리학과 이기문 교수 공동연구팀(좌장 장- 이호)는 전자 및 논리소자의 구현에 있으며, 반도체를 기반으로 하는 2차원, 새로운 초박형 극성 물질(Cl-SnSe2)을 개발하여 전기적 특성을 자유롭게 제어할 수 있습니다.

공동 연구팀은 2차원 극성 물질인 Cl-SnSe2(Cl-doped tin diselenide)를 이용해 반도체 전자소자의 전기적 특성을 선택적으로 제어할 수 있었다. 기존의 2차원 반도체 소자는 페르미 준위 안정화 현상으로 인해 N형 또는 P형 소자의 특성만을 나타내기 때문에 상보적 논리회로 구현이 어려웠다. 이에 반해 공동 연구팀이 개발한 전극 재료를 사용하면 반도체 계면의 결함을 줄여 N형과 P형 소자의 특성을 자유롭게 제어할 수 있다. 즉, 하나의 소자가 N형 소자와 P형 소자의 기능을 모두 수행하므로 N형 소자와 P형 소자를 별도로 제작할 필요가 없다. 공동 연구팀은 이 소자를 이용해 NOR, NAND 등 다양한 논리 연산을 수행할 수 있는 고성능, 저전력 상보 논리회로 구현에 성공했다.

황 박사는 “이번 개발을 통해 기존 실리콘 반도체 소자의 소형화 및 고집적화로 인한 기술적 한계로 인해 실용화에 어려움을 겪었던 인공지능 시스템 등 차세대 시스템 기술의 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라고 말했다. ” 그는 또한 2D로 개발된 전극의 재료가 매우 얇을 것이라고 예측했습니다. 따라서 광 투과율에서 높은 유연성을 나타냅니다. 따라서 차세대 유연하고 투명한 반도체 소자에 사용할 수 있습니다. “

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이 연구는 과학기술정보통신부(장관 임해석)의 지원을 받아 기관사업인 KIST 나노소재 기술개발사업과 정보통신기술개발사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제학술지인 Advanced Materials(IF: 30,849)에 게재됐다.