Research

지난 수십 년간 인류가 만들어 온 반도체 소자는 실리콘을 채널 소재로 사용하여 제작되었습니다.

그러나, 최근 반도체 소자의 초미세화가 급격히 진행되면서, 채널 두께가 수 나노미터 이하로 얇아지고 있습니다.

이로 인해, 실리콘 내부에서 전자의 이동 속도가 감소하고, 소자 성능을 더 이상 높일 수 없는 문제가 나타나고 있습니다.

따라서, 미래의 고성능 전자소자를 개발하기 위해서는, 지난 수십 년간 사용해 온 실리콘을 대체할 새로운 반도체 물질의 도입이 필수적입니다.

그 대안으로 전 세계적으로 큰 주목을 받고 있는 물질이 바로 우리 연구실에서 연구하고 있는 2차원 반도체(Two-dimensional semiconductor) 입니다.

• 미래 전자소자에서 실리콘이 가지는 한계

   기존 실리콘과 같은 벌크 물질은 표면에 결합하지 못한 전자가 남아 있어 표면이 불안정한 상태입니다.

   또한, 표면이 매끄럽지 못하고 울퉁불퉁하기 때문에, 표면 근처에서 전자의 산란 현상이 발생하여 전자의 이동 속도가 감소하는 현상이 나타납니다.

   이러한 현상은 물질의 두께가 10 나노미터 이하로 얇아질수록 더욱 두드러지게 나타나며, 초소형 전자소자의 특성을 저해하는 주요 요인이 됩니다.

• 미래전자소자에서 2차원 반도체의 가능성

   2차원 반도체는 원자 한 층 두께의 얇은 구조를 가지고 있으며, 벌크 실리콘과 달리 표면에 결합하지 못한 전자가 존재하지 않습니다.

   따라서, 표면이 매우 안정적이고 매끄러우며, 전자 이동에 불필요한 산란이 거의 발생하지 않습니다.

   이러한 구조적 특성 덕분에 2차원 반도체는 높은 전하 이동도를 유지하면서도, 초미세 채널 소자에서도 우수한 전기적 특성을 나타낼 수 있습니다.

   또한, 투명성과 유연성을 동시에 가지고 있어서, 유연 전자기기·투명 디스플레이·뉴로모픽 소자·차세대 트랜지스터 등 다양한 응용 분야로의 확장이 가능합니다.

   2차원 반도체는 미래 고성능·초저전력 전자소자 구현을 위한 핵심 소재로 평가받고 있으며, 향후 반도체 산업의 새로운 패러다임을 이끌 중요한 기술적 전환점이 될 것입니다.

• 연구실의 연구 방향

우리 연구실에서는 2차원 물질을 차세대 전자 소재로 활용하기 위해 필요한 핵심 기술들을 개발하고 있습니다.

1. 고품위 2차원 반도체 물질의 합성 및 발굴

  기존에 잘 알려진 대표적인 2차원 반도체인 전이금속 칼코겐 화합물보다 우수한 전기적·물리적 특성을 지닌 새로운 2차원 반도체 물질을 발굴하고자 합니다.

  이를 위해, 새로운 물리적 및 화학적 접근법을 적용하여 균일하고 제어 가능한 고품질 2차원 물질 합성 기술을 개발하고 있습니다

2. 2차원 반도체 기반 전자소자의 성능 향상 및 최적화

  2차원 반도체를 기반으로 한 전자소자의 전하 이동도, 스위칭 특성, 안정성 등을 향상시키기 위한 연구를 수행하고 있습니다.

  기초학문적 이해와 공학적 설계 개념을 융합한 새로운 접근법을 통해, 차세대 트랜지스터 및 센서 소자의 성능을 극대화하고 있습니다.

3. 신개념 2차원 반도체 전자소자 개발

  기존 반도체 소자의 한계를 극복하기 위해 새로운 동작 원리를 기반으로 한 신개념 전자소자를 개발하고 있습니다.

  특히, 뉴로모픽 소자, FeFET, 양자 컴퓨팅, AI 하드웨어 소자 등 미래형 소자 기술에 적용 가능한 혁신적 구조와 동작 메커니즘을 탐구하고 있습니다.

4. 상용화를 위한 대면적 집적기술 개발

  실험실 수준의 소자 제작을 넘어, 대면적·대량 생산이 가능한 집적 기술을 개발하고 있습니다.

  이를 통해, 2차원 반도체 기반 전자소자의 실제 상용화를 위한 기반 기술 확보를 목표로 하고 있습니다.

! 우리 연구실은 “기초 과학과 응용 기술의 융합”을 바탕으로, 미래 전자소자의 패러다임을 바꿀 차세대 2차원 반도체 기술을 선도하고자 합니다.