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[IT뉴스]'어슷썰기'한 사파이어에서 고품질 2차원 반도체 대면적 합성

온카뱅크관리자

2025-11-28 13:57:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="yJGzPi71em">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="465d8631733e1d94be4ad6aa1a859ef64e244ea597e93fb71bd4f1e8d0db2ab5" dmcf-pid="WiHqQnztnr" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="계단 모양의 표면이 있는 사파이어 기판 위에서 2차원 반도체를 성장시키는 과정. 조밀한 계단 구조를 갖는 사파이어 기판 위에 2차원 반도체인 이황화몰리브덴이 자라도록 유도하면 모든 결정이 한 방향으로 정렬돼 경계 결함 없는 고순도 단결정 박막을 확보할 수 있다. 포스텍 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/28/dongascience/20251128134950879glcj.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="xjt2dN9Uds" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/28/dongascience/20251128134950879glcj.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            계단 모양의 표면이 있는 사파이어 기판 위에서 2차원 반도체를 성장시키는 과정. 조밀한 계단 구조를 갖는 사파이어 기판 위에 2차원 반도체인 이황화몰리브덴이 자라도록 유도하면 모든 결정이 한 방향으로 정렬돼 경계 결함 없는 고순도 단결정 박막을 확보할 수 있다. 포스텍 제공
           </figcaption>
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          <p contents-hash="605c87ff4fd685743efa58f05659685af850b4657a0ab34277f3c6af0c7baad5" dmcf-pid="Y0gIXpOcMw" dmcf-ptype="general">국내 연구팀이 비스듬하게 절단한 사파이어 기판 표면에서 결함이 거의 없는 2차원 반도체 박막을 대면적으로 합성하는 데 성공했다. 소재 결함에 민감한 양자 소자 개발이나 저전력 반도체 개발의 선행 기술로 평가된다.</p>
          <p contents-hash="773c831a13cefd28e6c31ad52ec89f04a8b7e0624372c0db6905d168b9b325e0" dmcf-pid="GpaCZUIkMD" dmcf-ptype="general"> 포스텍은 조문호 신소재공학과 교수(기초과학연구원 반데르발스양자물질 연구단장) 연구팀이 2차원 반도체의 단결정 대면적 합성법을 새롭게 제시했다고 28일 밝혔다. 연구결과는 27일(현지시간) 국제학술지 '네이처 일렉트로닉스'에 공개됐다.</p>
          <p contents-hash="fdf1593d89e333db4e4273d8496f9bbb49fd3c82d16c296dee5d24dcbd5e0bd7" dmcf-pid="HUNh5uCEJE" dmcf-ptype="general"> 이황화몰리브덴(MoS2) 등 원자 몇 개 수준으로 두께가 얇은 2차원 반도체는 새로운 양자 현상을 탐구하거나 기존 장치의 한계를 넘을 수 있는 소재로 주목받는다.</p>
          <p contents-hash="dffc63e4c31cd6ae5e3e05a6994d5472f1ad7d7fd0942b1f83c00c5cc21df2da" dmcf-pid="Xujl17hDMk" dmcf-ptype="general"> 2차원 반도체 내에서 전자가 이동하는 과정을 제대로 관찰하려면 결정 구조가 하나로 일정하게 이어지는 단결정 구조를 유지하며 대면적으로 합성해야 한다. 제어가 기술적으로 매우 까다롭다.</p>
          <p contents-hash="e8e66add1347b2eb7f51fa4ec6a5bd8891d69887ab2c5a6f4b189c6f43cb8ba2" dmcf-pid="Z7AStzlwdc" dmcf-ptype="general"> 반도체 합성 과정에서 특정 원자가 빠지거나 잘못 배열되는 '점 결함', 서로 다른 방향으로 자란 두 결정이 만나 형성되는 '경계 결함' 등은 이후 전자의 흐름을 방해한다. </p>
          <p contents-hash="95a73f4730c49387a505ee3625ccbf384697130babdada7fe960cbbad8a353f1" dmcf-pid="5zcvFqSriA" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 비스듬히 잘린 사파이어 기판을 활용해 문제를 해결했다. 사파이어 기판을 15도 기울여서 자르면 표면에 촘촘한 계단 모양이 반복되는 구조가 생긴다. 이 계단의 모서리에서만 이황화몰리브덴이 자라도록 유도하면 모든 결정이 똑같은 방향으로 성장한다. 경계 결함이 없는 깨끗한 단결정 반도체 박막이 자라도록 유도한 것이다.</p>
          <p contents-hash="e64075ef5296c5213e6eab0bade24ab5d142c2e70ea94113311842b96cefd084" dmcf-pid="1qkT3BvmLj" dmcf-ptype="general"> 이후 연구팀은 온도와 압력 등 합성 조건을 최적화해 점 결함까지 최소화한 이황화몰리브덴 박막을 만들었다. 고해상도 투과전자현미경 등으로 분석한 결과 기존 박막보다 훨씬 뛰어난 트랜지스터 소자 성능이 확인됐다.</p>
          <p contents-hash="aaa452fc14f4acc0f5673bf2332afbe684823d50755ead1ef71784085cc8791d" dmcf-pid="tBEy0bTsJN" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 2차원 반도체 박막에서 양자 홀 효과가 나타날 때 전자의 움직임을 관찰해 양자 수송 현상을 관찰하기도 했다. 양자 수송은 양자역학적 원리에 따라 입자나 에너지가 전달되는 것을 말한다.</p>
          <p contents-hash="9a5b35e2b3324763173da8df961ef70b97d59c3883fb32b42807ee478ec96558" dmcf-pid="FbDWpKyOLa" dmcf-ptype="general"> 홀 효과는 전자가 직선운동을 할 때 수직 방향으로 강한 자기장을 걸면 전자가 자기장의 영향을 받아 휘면서 전류와 자기장 모두에 수직인 방향으로 전압이 걸리는 현상이다. 극저온 등의 환경에서 홀 효과로 인한 저항을 측정하면 저항이 양자화돼 계단 형태로 증가하는데 이를 양자 홀 효과라고 한다.</p>
          <p contents-hash="bd8e9a4b4241ffcdd4de5ede5361518bab51cb8020c64f59c5fa939af1152622" dmcf-pid="3KwYU9WIJg" dmcf-ptype="general"> 조 교수는 "웨이퍼 크기에서도 결함이 거의 없는 양자 소자급 2차원 반도체를 구현할 수 있다는 것을 보여줬다"며 "차세대 반도체 또는 양자 소자에서 활용될 기반 기술로서 다양한 후속 연구에서 활용될 수 있다"고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="f3c762a7fe5f56a5f7dd75abca3752f68662a57678765cf4b0cbb30ec8b67e75" dmcf-pid="09rGu2YCno" dmcf-ptype="general"> &lt;참고 자료&gt;<br> - doi.org/10.1038/s41928-025-01496-x</p>
          <p contents-hash="d9863736a5e82963018585e05126ef27f00986ca6d4cf18101f2cc47ae0b0db6" dmcf-pid="pWQjCYNdML" dmcf-ptype="general">[이병구 기자 2bottle9@donga.com]</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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