안녕하세요, 수험피플 여러분! 대입멘토 한수진입니다.

기초과학연구원(IBS) 조문호 반데르발스 양자 물질 연구단 연구팀이 국제전기전자공학회(IEEE)가 2037년까지 전망한 반도체 기술 수준을 훨씬 뛰어넘는 극소형 반도체 소자를 구현하는 데 성공했습니다. 이는 다양한 저전력 고성능 전자기기 개발의 원천기술이 될 것으로 기대됩니다.

연구팀은 원자 크기 수준으로 작은 너비의 1차원 금속 물질을 2차원 반도체 기술에 적용하여 새로운 구조의 극소형 반도체 소자를 구현했다고 밝혔습니다. 1차원 금속은 전자가 1차원 공간 내에서 움직일 수 있는 전도 경로를 가진 금속으로, 전자의 운동이 1차원적인 공간에서 제한된다는 물리적 특성을 갖고 있습니다.

기존에는 리소그래피 공정을 이용하여 반도체의 집적도를 높이려고 했으나, 이는 빛의 파장 크기로 인해 원자 크기 수준의 미세한 패턴을 그리는 데 한계가 있었습니다. 이 한계를 극복하기 위해 연구팀은 1차원 금속을 전극으로 활용했습니다. 연구팀은 이황화몰리브덴이라는 2차원 반도체의 거울 쌍정 경계 폭이 0.4nm에 불과한 1차원 금속을 반도체 소자의 게이트 전극으로 사용하여 리소그래피 공정 없이도 게이트 길이가 원자 크기 수준인 반도체 소자를 구현하는 데 성공했습니다.

1) 1차원 금속: 전자가 1차원 공간 내에서 움직일 수 있는 전도 경로를 가진 금속으로, 전자의 운동이 1차원적인 공간에서 제한된다는 물리적 특성을 갖는다.

2) 리소그래피: 집적회로 제작 시 실리콘칩 표면에 만들고자 하는 패턴을 빛으로 촬영한 수지를 칩 표면에 고정한 후 화학 처리나 확산 처리하는 기술

3) 이황화몰리브덴: 몰리브덴(Mo) 원자 하나에 황(S) 원자가 두 개 붙어 있는 층상 구조를 가지는 화합물로, 단일층에서 1.8 eV 정도의 밴드갭 에너지를 가진다.

4) 거울 쌍정 경계(mirror twin boundary, MTB):　서로 거울 대칭인 두 결정립이 만나 형성되는 결정립계를 의미한다. 거울 쌍정 경계를 기준으로 한쪽 영역의 원자 배열이 다른 쪽 영역의 원자 배열과 거울상을 이룬다.

5) 게이트: 게이트는 전압을 인가하여 반도체 채널의 전자 밀도를 조절함으로써 전류의 흐름을 효과적으로 스위칭하거나 증폭하는 역할을 하는 핵심 전극이다.