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[IT뉴스]'원자 한 개 두께' 2차원 반도체 성능 260배 끌어올렸다

온카뱅크관리자

2026-09-07 13:37:25

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 <img alt="국내 연구진이 차세대 반도체로 꼽히는 2차원 반도체를 안정적으로 가공할 방법을 발표했다. 게티이미지뱅크 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/dongascience/20260907133552718vgfe.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="9IkRx2XSi9" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/dongascience/20260907133552718vgfe.jpg" width="658">
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 국내 연구진이 차세대 반도체로 꼽히는 2차원 반도체를 안정적으로 가공할 방법을 발표했다. 게티이미지뱅크 제공.
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 2차원 반도체를 안정적으로 가공할 방법이 나왔다. 2차원 반도체는 원자 한 층 두께의 얇은 반도체로 반도체의 집적도를 높일 수 있는 기술이다. 
 한국연구재단은 최성율 KAIST 전기 및 전자공학부 교수와 같은 학과 김용훈, 강기범 교수 공동연구팀이 2차원 반도체를 보호하면서 필요한 영역에 전자를 고농도로 도핑할 수 있는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 연구결과는 8월 1일 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 발표됐다. 
 연구 소재인 황화몰리브덴(MoS2) 2차원 반도체는 직렬저항이 발생해 전류가 잘 통하지 않는 영역이 부분적으로 생긴다. 이를 해결하기 위해선 특정 영역의 전자 농도를 높여, 전류가 잘 흐르도록 도와주는 '도핑'이 필요하다.
 다양한 도핑 방식 중에서 플라즈마 도핑법을 활용했다. 플라즈마란 기체에 강력한 에너지를 가해, 원자핵과 전자가 분리돼 이온화된 상태를 말한다. 
 플라즈마 도핑은 반도체에 첨가하고자 하는 물질이 들어 있는 기체를 플라즈마화한 뒤, 반도체 기판을 이 플라즈마에 바로 노출시키는 방법이다. 한 번에 넓은 면적의 반도체를 도핑할 수 있다는 장점이 있다. 
 도핑하지 않을 부분은 가리고 도핑할 부분만 드러낸 상태에서 플라즈마에 노출시키면 필요한 부분만 선택적으로 도핑할 수 있다.
 연구팀은 황화몰리브덴 2차원 반도체의 단점을 보완할 도핑법으로 플라즈마 도핑법을 고려했다. 문제는 플라즈마 속 고에너지 입자가 반도체를 손상시킨다는 점이다. 플라즈마로 인한 물리적 손상을 차단하는 동시에 첨가하고자 하는 화학물질만 반도체 표면에 전달할 기술이 필요했다.
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 <img alt="연구팀이 구현한 2차원 반도체 코팅의 모식도. 한국연구재단 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/dongascience/20260907133554015ripk.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="2w7YyOJ6eK" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/dongascience/20260907133554015ripk.jpg" width="658">
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 연구팀이 구현한 2차원 반도체 코팅의 모식도. 한국연구재단 제공.
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 연구팀은 황화몰리브덴 위에 두께가 2nm(나노미터·1nm는 1m)인 초박막을 쌓아 이중 보호층을 만들었다. 보호층은 플라즈마의 물리적 충격을 튕겨내 방어하면서도 첨가하고자 하는 물질인 'NHx 활성종'만 쏙 골라 통과시키는 화학 필터 역할을 했다.
 두 종류의 보호층을 반도체 위 아래에 붙여 코팅한 결과 2차원 반도체 속 원자들의 결정 구조는 보존하면서도 전자 농도를 높여 접촉저항을 32분의 1 수준으로 대폭 낮췄다.  
 전자가 지나가는 길목 중에서 저항이 높아 전류가 잘 흐르지 못하는 특정 위치만 핀셋으로 집어내듯 선택적으로 도핑하는 '영역 선택적 저항 제어'도 안정적으로 구현했다. 그러자 도핑 전보다 반도체를 흐르는 전류량이 최대 260배 증가했다. 
 이번에 개발된 기술은 향후 차세대 반도체의 핵심 주자로 꼽히는 초미세 저전력 논리소자, 2차원 CMOS 등에 활용될 것으로 기대된다. 
 최성율 교수는 “실제 반도체 제조공정에 적용하기 위해서는 도핑 균일성 검증, 공정시간 단축, 극도로 미세화된 소자에서의 도핑 영역 제어 등에 대한 추가적인 검증이 필요하다”고 했다. 
 &lt;참고자료&gt; doi: 10.1002/adma.74389
 [김소연 기자 lecia@donga.com]
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