신소재물리전공 주민규 교수 연구팀이 텔루륨(Te) 박막 기반 트랜지스터의 저주파 전류 잡음 특성 평가를 통해 양극성 전하 산란 메커니즘을 규명하고 고집적 전자 회로에 적용할 가능성을 보고했다.

이번 연구는 주민규 교수팀과 인하대 함명관·이문상 교수팀, 동국대 김언정 교수팀이 공동으로 수행했다. 연구 결과는 SCIE 저널인 ACS 어플라이드 일렉트로닉 머티리얼스(Applied Electronic Materials, IF: 4.4, 전자공학 분야: Q1)에 10월 24일 게재됐다. (논문명: Understanding Coulomb Scattering Mechanism in Ambipolar Tellurium Nanosheet Transistors).

기존 실리콘 기반 반도체는 고품질 박막 특성과 뛰어난 전하 이동도로 오랜 기간 반도체 산업의 표준으로 자리 잡아왔다. 하지만 최근 반도체 공정의 고도화로 소자의 고밀도 소형화와 고속 전송이 물리적 한계에 도달하면서 이를 극복하기 위한 대안으로 2차원 반도체 소재가 주목받고 있다. 이에 따라 연구팀은 높은 *전계효과 이동도를 보이는 텔루륨(Te)에 주목했다. 

텔루륨은 우수한 전기 전도성과 안정성 덕분에 다양한 응용 분야에서 주목받는 반도체이지만, 고유 원자 결함에 따른 의도치 않은 *정공 도핑 효과로 인해 *전자 전도성 채널을 유도하는 데 어려움이 있었다.

이번 연구는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 기술을 활용해 알루미나를 증착함으로써 전자 이동성을 개선하고 텔루륨 결함의 영향을 최소화했다. 결국 단일 텔루륨 채널에서 전자와 정공 전도성 채널 구현을 가능하도록 만들었다. 이를 통해 단일 채널에서 전자와 정공의 산란 메커니즘을 동시에 분석하고, *CMOS 응용 기술에 적용할 수 있는 *반전기(NOT 게이트)를 성공적으로 구현했다.

이 연구는 주민규 교수팀 소속 ICT융합공학부 응용물리전공 21학번 정민 학부연구생이 제1저자로 참여했다. 주민규 교수는 "이 연구는 텔루륨을 포함한 양극성 전하 거동을 보이는 반도체 소재의 전하 산란 메커니즘에 대한 중요한 통찰을 제공했다"며 "향후 신경모사 반도체와 인메모리 센서 분야에서의 응용 가능성이 기대된다"고 밝혔다.

<용어 설명>

*전계효과: 전기장을 이용해 물질의 전기적 특성을 제어하는 현상

*정공 도핑 효과: 물질 내 양전하를 띤 입자(정공)의 농도가 증가되는 현상

*전자 전도성 채널: 전자가 자유롭게 이동할 수 있는 경로

*CMOS: 저전력 소비와 높은 집적도를 제공하는 반도체 기술.

*반전기(NOT 게이트): 입력 신호를 반전시키는 단일 입력 논리 회로. 

원문보기>> 응용물리전공 학부연구생, 텔루륨 기반 트랜지스터의 전하 산란 메커니즘 규명…SCIE 저널 논문 게재 ｜ 숙명여자대학교(국문)