실리콘 대신할 반도체 소재 온다…韓中 `TMD` 공동 연구

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실리콘 대신할 반도체 소재 온다…韓中 'TMD' 공동 연구

디지털데일리 발행일 2021-11-16 10:05:06

김도현

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- 차세대 물질 전이금속 디칼코케나이드, 웨이퍼 크기로 합성

[디지털데일리 김도현 기자] 한국과 중국 연구진이 차세대 반도체 소재 개발에 다가섰다. 상용화 시 성능 한계에 도달한 실리콘을 대체할 것으로 기대된다.

16일 기초과학연구원(IBS)은 다차원 탄소재료 연구단 펑딩 그룹리더 연구팀이 베이징대 등 중국 연구진과 전이금속 디칼코게나이드(TMD) 대면적 단결정 성장에 영향을 미치는 핵심 원리를 규명했다고 밝혔다.

TMD는 ▲황(S) ▲셀레늄(Se) ▲텔레늄(Te) 등 칼고겐 화합물과 전이금슥오르 이뤄진 물질이다. 우수한 물리적 및 전기 특성을 지닌 것으로 평가받는다. 그래픽, 흑린 등과 차세대 반도체 물질로 꼽히는 이유다.

다만 TMD는 반도체 기판에서 성장한 단결정이 균일하게 정렬시키는 것이 어렵다. 2가지 원소로 구성돼 구조적인 대칭점이 중심 아닌 가장자리에 위치하기 때문이다.

공동연구진은 이론적 계산을 토대로 독특한 대칭구조를 가진 TMD 맞춤형 기판을 선택하는 원리를 제시하고 이를 ‘이중결합 유도 에피텍셜 성장법’이라 이름 붙였다. 가장자리에서 결정 알갱이들은 점점 성장해 최종적으로 기판과 동일한 크기 대면적 단결정을 이룬다.

같은 방식으로 공동연구진은 이황화몰리브덴(MoS2), 이셀레늄화텅스텐(WSe2), 이셀레늄화몰리브덴(MoSe2) 등의 TMD를 2인치 웨이퍼 크기로 제작하는 데 성공했다.

펑딩 그룹리더는 “그래핀과 육방정계질화붕소(hBN)에 이어 TMD 웨이퍼 크기 단결정으로 제작할 수 있게 됐다”며 “2차원 소재 분야의 역사에 남을 기념비적인 연구로 고성능 전자 및 광학 소자 분야 발전을 견인할 것”이라고 말했다.