‘흑린’ 전자이동도가 가장 커
웨어러블 기기 시장서 ‘주목’
대면적 합성기술 개발이 열쇠

기초과학연구원(IBS)은 흑린(black phosphorus)이 2차원 반도체 소재 중 전자이동도가 가장 큰 물질이라는 사실을 세계 최초로 밝혀내고, 흑린을 이용한 새로운 2차원 반도체 소재 발굴에도 성공했다고 30일 밝혔다.

미래형 웨어러블 전자기기나 투명 디스플레이 구현을 위해 세계 각국에서 휘어지고 늘어나면서도 뛰어난 성능을 지닌 전자소자를 개발키 위한 연구가 치열한 가운데 최근 실리콘을 대체할 전자소자로 흑린이 주목받고 있다.

흑린은 인 원소로 구성된 2차원 층 구조를 갖고 있는 물질로, 두께가 원자 한 층에 불과하다. 그동안 흑린을 박막으로 변환해 반도체 소자에 적용하려는 연구가 진행됐지만, 공기와의 반응 속도가 너무 빠르고 성질이 불안정해 반도체 소자로 사용하는 데에는 한계가 있었다.

IBS 나노구조물리연구단과 성균관대는 알루미늄을 접합금속으로 사용해 흑린의 두께를 조절하고 물성을 제어하는데 성공하고, 흑린으로 고성능 N형(전자 제어) 반도체를 구현했다.

또 흑린의 박막 두께가 두꺼워지면 전자 제어(N형)뿐만 아니라 정공 제어(P형)도 가능한 N-P 접합형 반도체를 구현할 수 있음을 증명했다. 접합 금속과 두께 제어를 통해 N형, P형 운반자를 갖는 반도체 박막으로 사용할 수 있음을 처음으로 증명한 것이다.

이영희 단장은 “실리콘처럼 아주 흔한 물질인 흑린을 새로운 2차원 나노물질 박막소재로 쓸 수 있음을 보여줬다”며 “앞으로 대면적 합성 기술 개발이 실용화의 관건이 될 것”이라고 말했다.

나운규 기자 sendme@cctoday.co.kr
저작권자 © 충청투데이 무단전재 및 재배포 금지