거북선 지붕처럼 뾰족뾰족… 3차원 반도체 세계 최초 구현
  • 이예진기자
거북선 지붕처럼 뾰족뾰족… 3차원 반도체 세계 최초 구현
  • 이예진기자
  • 승인 2019.07.28
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기초과학연구원, 원자층 반도체 균일한 돌기 제작
플라스틱·인체 피부 등 다양한 표면에 접착 가능
기초과학연구원 원자제어 저차원 전자계 연구단의 진강태(왼쪽) 연구원과 이창수 연구원. 사진=포스텍 제공
기초과학연구원이 거북선 지붕처럼 정교한 가시가 돋친 새로운 구조의 3차원 반도체를 세계 최초로 구현하는데 성공했다.

조문호 포스텍 교수가 부연구단장으로 있는 기초과학연구원 원자제어 저차원 전자계 연구팀은 원자 두께 반도체 표면에 돌기가 돋은 형태의 신소재를 개발했다. 개발된 반도체 소자는 향후 양자컴퓨터의 메모리소자로 활용될 가능성이 기대된다.

두께가 거의 없는 2차원 반도체를 실리콘 기판에서 분리하면 유연한 막이 되는데 이를 ‘멤브레인 반도체’라고 부른다. 2차원 반도체를 접거나 구부려 입체감을 부여할 경우 기존과는 다른 독특한 성질이 나타나는데, 지금까지 2차원 반도체의 합성 평면 형태로만 가능했다.

극도로 얇은 두께로 인해 굴곡 부분이 찢어지거나 구겨져 불완전했기 때문이다. 이에 연구진은 멤브레인 반도체를 입체 구조로 만들기 위한 연구를 진행했다. 10mm 크기의 바늘모양 돌기들이 규칙적으로 정렬된 지름 4인치 크기 기판을 제작해 그 위에 이황화몰리브덴을 증착시켰다. 그 결과 몰리브덴 원자 1개와 황 원자 2개가 정확히 층을 이뤄 균일한 두께로 기판 위에 대면적 멤브레인 반도체를 만드는데 성공했다.

2차원 반도체의 X-Y축 평면에 Z축 성분인 돌기를 더해 3차원이 된 것인데, 이는 세계 최초 3차원 원자층 반도체다. 연구진은 개발한 3차원 멤브레인 반도체를 양자컴퓨터 기술로 발전시킬 가능성을 탐색하고 있다.

반도체에 굴곡을 가하면 단일 광자가 나오는 것으로 알려져 있는데, 단일 광자는 양자컴퓨터의 정보 저장 단위인 큐빗의 후보 중 하나다.

개발된 반도체는 접착메모지처럼 간단히 떼었다 붙였다 할 수 있는 것도 장점이다. 새로운 기판이나 플라스틱, 인체 피부 등 다양한 표면에 붙일 수 있다.

이번 연구성과는 세계적인 학술지 사이언스 어드밴시스지에 지난 27일 온라인 개체됐다.


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