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


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.
사이다릴게임 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.
이황화몰리브덴(MoS2) 등 원자 몇 개 수준으로 두께가 얇은 2차원 반도체는 새로운 양자 현상을 탐구 릴게임다운로드 하거나 기존 장치의 한계를 넘을 수 있는 소재로 주목받는다.
2차원 반도체 내에서 전자가 이동하는 과정을 제대로 관찰하려면 결정 구조가 하나로 일정하게 이어지는 단결정 구조를 유지하며 대면적으로 합성해야 한다. 제어가 기술적으로 매우 까다롭다.
반도체 합성 과정에서 특정 원자가 빠지거나 잘못 배열되는 '점 결함', 서 사이다쿨접속방법 로 다른 방향으로 자란 두 결정이 만나 형성되는 '경계 결함' 등은 이후 전자의 흐름을 방해한다. 
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 방향으 야마토릴게임 로 성장한다. 경계 결함이 없는 깨끗한 단결정 반도체 박막이 자라도록 유도한 것이다.
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.
연구팀은 2차원 반도체 바다신게임 박막에서 양자 홀 효과가 나타날 때 전자의 움직임을 관찰해 양자 수송 현상을 관찰하기도 했다. 양자 수송은 양자역학적 원리에 따라 입자나 에너지가 전달되는 것을 말한다.
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.
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.
<참고 자료> - doi.org/10.1038/s41928-025-01496-x
[이병구 기자 2bottle9@donga.com]