전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
홈 산업 ICT

속보

더보기

이차원 반도체, 전류증폭 원인 찾았다..이차원 초박막 반도체소자 응용

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

고전계((高電界)하 전류 증폭하는 ‘애벌런시’ 현상 최초 규명
KIST·서울대 연구.."차세대 웨어러블 응용소자 구현에 크게 기여"

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 최근 전자 소자의 크기가 수 마이크로미터(㎛, 100만분의 1m) 이하로 작아졌다. 이렇게 되자, 반도체 층이 강한 전기장 환경에 노출될 때는 반도체 내부의 높은 전류에 의한 열로 인해 소자 동작에 실패하는 사례가 자주 발생했다. 하지만 원인이 명확하게 밝혀지지 않은 상태였다.

이번에 국내 연구진이 ‘꿈의 소재’ 그래핀(Graphene)과 같은 이차원 물질을 활용한 이차원 반도체의 점점 작아진 소자 크기로 인해 발생할 수 있는 이런 물리적 현상, 전기적 특성 변화에 대한 이해도를 높인 연구결과를 내놨다.

30일 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)에 따르면 KIST 광전하이브리드연구센터 정승준 박사팀은 서울대 물리천문학부 이탁희 교수팀과의 공동연구에서, 강한 전기장 하에서 이차원 신소재인 이황화 몰리브덴(MoS2) 전계효과트랜지스터의 임계전압 후 전류 증폭이라는 독특한 물리적 현상의 원인이 ‘전자사태 항복(애벌런시·avalanche breakdown)’ 현상임을 밝혔다.

이황화 몰리브덴(MoS2) 전계효과트랜지스터에서의 애벌런시(아발란체) 현상 연구 : (a) 채널 길이에 따른 아발란체 현상. (b) 아발란채 현상 설명을 위한 밴드다이어그램. (c) MoS2 두께에 따른 임계전기장(ECR). (d) 충격이온화율 (Impact Ionization Rate).

‘전자사태 항복’이란 반도체 속의 강한 전계에 의해 새로운 캐리어를 발생하는 과정이 반복, 이때 생기는 전류의 증폭에 의해 현저하게 전기저항이 작아지는 상태다.

전계(電界)효과트랜지스터((electric) field-effect transistor·FET)란 표면적에 비해 아주 얇은 박막(薄膜·thin film) 형태의 반도체에 흐르는 전류에 대해 이와 수직인 전계(電界·electric field)를 가해서 전자 흐름을 다른 전극으로 제어하는 전압 제어형 반도체를 말한다.

특히 연구진은 전류 증폭의 임계전압은 이차원 반도체의 두께에 따라 변화한다는 것을 규명했다. 두께가 두꺼울 때 임계전압이 낮아지고 두께가 얇을 때 임계전압이 높아진다는 것이다.

이차원 신소재 중 이황화 몰리브덴은 박막화가 용이해 초박막 웨어러블 전자소자에 응용할 수 있다는 장점이 있다. 또 잘 휘어지고, 투명한 속성, 높은 전하 이동속도를 갖는 차세대 웨어러블 반도체 소재로 크게 주목 받고 있다.

정승준 박사는 “향후 초박막 이차원 반도체와 전자재료의 기반이 될 차세대 웨어러블 응용소자 구현에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 이번 연구의 의의를 밝혔다.

과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 창의연구단 과제로 수행된 이번 연구결과는 ‘ACS Nano’ 최신호에 게재됐다.

◆ 연구자가 직접 전하는 ‘연구이야기’ 

논문 교신저자인 한국과학기술연구원 정승준(왼쪽) 선임연구원과 서울대 물리천문학부 이탁희(가운데) 교수, 사진 왼쪽은 제1저인 서울대 물리천문학부 박진수 박사과정 연구원 [사진제공=KIST]

- 이번 성과 뭐가 다른가.

▲ 게재 논문명은 ‘Two-Dimensional Thickness-Dependent Avalanche Breakdown Phenomena in MoS2 Field-Effect Transistors under High Electric Fields’이다. 이 논문에서 우리는 이차원 물질 기반의 전계효과트랜지스터에서 물질 두께에 따라 변화하는 아발란체 현상을 최초로 관측하고 분석했다. 또 이차원 물질에서 전자수송방식이 현재까지 정확하게 설명되지 못했는데, 이차원 물질에서의 임계전기장-밴드갭(critical electric field-band gap) 관계가 ‘band-like 전자수송방식’으로 설명되는 삼차원물질에서의 관계와 잘 들어맞는 것을 관측했다.

 

- 어디에 사용할 수 있나.

▲ 이차원 물질들을 이용해 ‘아발란체 포토다이오드’를 제작한다면 웨어러블한 투명 고효율 광검출기로 사용될 수 있다. 또한 아발란체 특성을 이용한 전자 소자의 전기적 특성을 조절하는 데 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

 

- 연구를 시작한 계기는.

▲ 그래핀에 강한 전기장을 가하게 되면 열에 의해 그래핀이 데미지(damage, 손상)를 받으면서 그래핀 나노갭을 만들 수 있는 ‘Electo-burning 방법’이 기존에 있었다. 이 아이디어로부터 이차원 반도체 나노갭을 만들어 보기 위해 이번 연구를 시작했다. 이후 열에 의해 이차원 반도체가 물리적 데미지를 받기 전, 전류가 급증하는 현상을 발견하고, 이에 대한 원인을 분석하기 시작했다.

 

- 기대효과와 실용화를 위한 과제는.

▲ 이번 연구를 통해 이차원 물질의 두께에 따른 아발란체 현상을 이해할 수 있었다. 물질의 두께가 얇으면 아발란체 현상을 관찰하기 위해 강한 전기장이 요구되지만 충격 이온화율이 높은 장점이 있다. 반면에 물질의 두께가 두꺼우면 아발란체 현상을 관찰하기 위해 비교적 낮은 전기장이 필요하지만 충격이온화율이 낮은 단점이 있다. 이처럼 반도체층의 두께 조절을 통해 n형 이차원 반도체물질과 p형 이차원 반도체로 구성된 아발란체 포토다이오드의 물성을 조절할 수 있다. 또 전류가 증가함에 따라 발생하는 열에 대한 분석을 통해 이차원 반도체의 소자 열화 현상을 연구할 수 있을 것으로 기대한다.

 

 

kimys@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
최태원, SK지분 9440억 매각…"개인자금 조달" [서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 최태원 SK그룹 회장이 노소영 아트센터 나비 관장과의 재산분할 소송에 필요한 개인 자금을 마련하기 위해 약 9440억원 규모의 SK㈜ 지분을 매각한다. 매각 금액은 지난 7월 파기환송심 재판부가 최 회장에게 노 관장에게 지급하라고 판결한 재산분할금 9440억원과 같은 규모다. 다만 최 회장은 해당 판결에 재상고해 현재 대법원 판단을 기다리고 있다. 2일 금융감독원 전자공시시스템에 따르면 최 회장은 보유 중인 SK㈜ 보통주 165만3924주를 총 9439억9994만원에 처분하는 거래계획을 공시했다. 거래가 완료되면 최 회장의 보유 주식은 1297만5472주에서 1132만1548주로 줄고 지분율은 17.76%에서 15.49%로 낮아진다. SK㈜는 이번 지분 변동에 대해 "최대주주가 재산분할 소송 관련 개인 자금 수요에 대응하기 위한 것"이라고 밝혔다. 최태원 SK그룹 회장(왼쪽)과 노소영 아트센터 나비 관장 [사진=뉴스핌DB] 최 회장의 매각 규모인 9440억원은 서울고법이 지난 7월 재산분할 파기환송심에서 최 회장이 노 관장에게 지급하라고 판결한 금액과 일치한다. 최 회장은 이후 재상고하면서 9440억원 가운데 7000억원은 다투지 않고 나머지 2440억원에 대해서만 대법원의 판단을 받기로 한 상태다. 지분 매각은 두 갈래로 진행된다. 97만2493주는 주당 55만9387원, 총 5440억원에 전략적 투자자에게 시간외대량매매 방식으로 매각한다. 나머지 68만1431주는 주당 58만7000원, 총 4000억원 규모로 증권사 대상 주가수익스왑(PRS) 거래를 병행한다. 실제 거래는 오는 11월 2일 이뤄질 예정이다. PRS 계약 기간은 3년이다. 기준가격은 주당 58만7000원으로, 향후 거래 상대방이 해당 주식을 처분했을 때 실제 매각 금액과 기준가격의 차이를 서로 정산하는 구조다. 이에 따라 최 회장은 주식을 처분한 이후에도 일정 기간 SK㈜ 주가 변동에 따른 손익을 공유하게 된다. SK는 대규모 주식을 정규장에서 일시에 처분하지 않고 전략적 투자자와 증권사를 대상으로 거래해 시장 영향을 최소화했다고 설명했다. 또 거래 후에도 최 회장이 최대주주 지위를 유지한다고 강조했다. 특수관계인을 포함한 지분율은 거래 전 25.2%에서 22.9%로 낮아진다. 의결권 있는 주식 기준으로는 최 회장 지분율이 23.9%에서 20.8%, 특수관계인 포함 지분율은 33.5%에서 30.5%로 줄어든다. syu@newspim.com 2026-10-02 16:32
사진
남자양궁, 인도 꺾고 리커브 단체전 金과녁 명중 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 세계 최강 한국 남자 양궁이 여자 단체전의 아쉬움을 씻어내며 한국 양궁의 자존심을 굳건히 지켰다. 김우진(청주시청), 이우석(코오롱), 김제덕(예천군청)이 찰떡 호흡을 과시하며 아시안게임 2연패를 달성했다. 2024 파리 올림픽 단체전 정상에 함께 섰던 세 선수는 다시 한번 아시안게임 무대에서 금빛 과녁을 명중시키며 세계 최강의 저력을 유감없이 증명했다. [오카자키 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=김제덕(왼쪽부터), 김우진, 이우석이 2일(한국시간) 2026 아이치·나고야 아시안게임 리커브 남자 단체전 시상식에서 포즈를 취하고 있다. 2026.10.2 psoq1337@newspim.com 김우진, 이우석, 김제덕으로 이뤄진 한국 남자 리커브 대표팀은 2일 일본 아이치현 오카자키 중앙종합공원 다목적광장에서 열린 2026 아이치·나고야 아시안게임 양궁 리커브 남자 단체전 결승에서 인도를 세트 스코어 5-1(56-56 57-50 56-54)로 제압하고 금메달을 목에 걸었다. [오카자키 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=한국 남자 양궁 대표팀이 2일(한국시간) 2026 아이치·나고야 아시안게임 리커브 남자 단체 결승전에서 승리를 확정한 뒤 기뻐하고 있다. 2026.10.2 psoq1337@newspim.com 이번 금메달은 앞서 펼쳐졌던 여자 단체전의 충격을 딛고 일어선 결과라 더욱 값졌다. 한국 여자 양궁은 이번 대회 결승에서 인도에 발목을 잡히며 무려 28년 동안 이어져 온 8연패 행진이 중단되는 아픔을 겪었다. 김제덕 역시 앞서 강채영과 나선 혼성 단체전 준결승에서 중국에 패한 뒤 동메달에 머물며 아쉬움을 삼켰다. 그러나 남자 대표팀이 든든하게 중심을 잡으며 분위기를 반전시켰다. [오카자키 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=김제덕이 2일(한국시간) 2026 아이치·나고야 아시안게임 리커브 남자 단체 결승전에서 시위를 당기고 있다. 2026.10.2 psoq1337@newspim.com [오카자키 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=김우진이 2일(한국시간) 2026 아이치·나고야 아시안게임 리커브 남자 단체 결승전에서 시위를 당기고 있다. 2026.10.2 psoq1337@newspim.com [오카자키 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=이우석이 2일(한국시간) 2026 아이치·나고야 아시안게임 리커브 남자 단체 결승전에서 시위를 당기고 있다. 2026.10.2 psoq1337@newspim.com 토너먼트 과정은 완벽했다. 16강에서 타지키스탄을 6-0으로 완파한 한국은 8강에서 몽골을 5-3으로 꺾었다. 준결승에서는 대만을 상대로 세트 스코어 6-0 완승을 거두며 결승에 올랐다. 결승전 상대는 이날 여자 단체전에서 한국을 꺾었던 인도였다. 1세트에서 한국은 27대 29로 리드를 내줬으나 뒷심을 발휘해 56-56 동점을 만들며 세트 포인트 1점씩을 나눠 가졌다. [오카자키 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=한국 남자 양궁 대표팀 선수들이 2일(한국시간) 2026 아이치·나고야 아시안게임 리커브 남자 단체 결승전을 마치고 태극기를 들어보이고 있다. 2026.10.2 psoq1337@newspim.com 균형은 2세트에서 곧바로 무너졌다. 한국은 첫 세 발을 모두 10점에 꽂아 넣으며 30점 만점을 기록했다. 인도가 흔들리는 사이 한국은 57점을 기록해 세트 스코어 3-1로 앞서갔다. 3세트에서도 빈틈은 없었다. 한국은 인도가 54점에 그친 사이 56점을 합작하며 승부에 마침표를 찍었다. 이번 우승으로 김우진은 통산 네 번째 아시안게임 금메달을 수확했고 이우석은 통산 세 번째, 김제덕은 두 대회 연속 금메달의 영예를 안았다. 단체전 정상 탈환에 성공한 한국 양궁 대표팀은 3일 열리는 개인전에서 추가 금메달 사냥에 나선다. psoq1337@newspim.com 2026-10-02 15:50
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동