[굿모닝충청 남현우 기자] 한국표준과학연구원(KRISS, 이하 표준연) 연구진이 에너지 손실은 최소화하면서 극한 환경에서도 작동할 수 있는 고성능 2차원 다이오드를 개발했다.
표준연은 양자기술연구소 정수용 책임연구원팀이 2차원 반도체 물질인 이셀레늄화텅스텐(WSe2)만을 사용해 수직형 다이오드를 구현하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.
최근 두께가 원자층까지 얇아져도 반도체의 성질을 갖는 2차원 층상 반도체는 초박막 디스플레이, 초소형 전자기기 등 광‧전자 소자기술을 이끄는 차세대 반도체로 떠오르고 있다.
이전 층상 반도체는 p형과 n형 반도체의 결합으로 구현을 시도했는데, 외부 환경변화에 직접 노출되는 2차원 물질의 특성상 구조가 다른 두 불질의 접합은 다이오드의 성능을 저해하는 문제가 있었다.
이에 정수용 연구팀은 대표적 2차원 층상 반도체 물질인 이셀레늄화텅스텐(WSe2)만을 이용해 고성능 다이오드 구현했다.
연구팀이 개발한 수직 다이오드의 p 영역과 n 영역 사이에는 이셀레늄화텅스텐 본연의 성질을 지닌 절연층이 샌드위치처럼 들어가 있어 소자 제작시 절연층의 길이만 조절하면 다양한 장점을 갖는 다이오드로 응용할 수 있다.
뿐만 아니라 다이오드의 전하수송 원리가 양자 터널링 현상을 기반으로 소자 구동 속도가 증가하기 때문에 초고속 전자소자로도 활용할 수 있을 것으로 전망된다.
정수용 책임연구원은 “이번에 개발한 수직형 다이오드 구조는 소자 구성이 간단하고 이셀레늄화텅스텐뿐만 아니라 다양한 2차원 물질에도 적용 가능한 플랫폼”이라며 “극고온‧극저온‧초고압 등의 극한 환경에서도 견딜 수 있고 에너지 손실 또한 최소화할 수 있어 태양전지나 광원 검출기와 같은 미래 산업에서도 활용성이 높다”고 설명했다.
한편 이번 연구결과는 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications – IF: 12.124)에 지난해 12월 게재됐다.