충격 이온화는 고체 내 근접한 전하 반송자(전자 또는 홀) 사이 전기적 반응으로 추가적인 전자·홀 쌍이 생성되는 현상이다.
연구팀은 종이보다 얇은 이차원 소재 전자 수송을 연구하던 중 흑린에서 이런 현상이 활발히 일어나는 것을 관찰했다. 흑린은 말 그대로 검은색 인(원소기호 P)이다. 이차원 구조를 가지면서 나타나는 물질로, 차세대 반도체 소재로 주목받는다.
연구팀은 흑린이 공기 중에서 산화하지 않도록 '보호 흑린' 소자를 제작했다. 이 흑린 소자는 전압 증가에 따라 전자수가 10배 이상 급증하고, 전류도 가속적으로 증가한다.
높은 전압을 걸어도 전류가 더 증가하지 않는 실리콘 같은 기존 반도체 물질과 확연히 대조된다.
이를 이용하면 반도체 성능 향상뿐 아니라 에너지 효율을 크게 높일 수 있다. 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(글로벌연구실) 지원으로 수행했다.
조재근 기자 jack333@cctoday.co.kr