국내 연구팀, 차세대 반도체 소재 ‘이황화몰리브덴’ 형성 과정 규명...

반도체 등 다양한 전기소자에 응용 가능

반도체는 자동차부터 거의 모든 전자제품에 필요할 정도로 그 중요도가 매우 높다. 인터넷이나 뉴스를 보면 ‘미국의 반도체 자립 선언’, ‘반도체 수급 부족 문제’, ‘우리나라 정부, 반도체 전략 마련 중’ 등의 소식을 쉽게 볼 수 있는데, 이를 통해 사람들이 반도체에 이목이 집중되고 있다는 것을 느낄 수 있다. 이렇게 요즘 과학기술의 ‘뜨거운 감자’인 반도체이지만, 대부분의 사람들은 반도체의 원리나 역할 등에 관해서 잘 모르는 경우가 많을 것이다.

반도체의 원리와 역할

[이미지 제작=대한민국청소년기자단 한건호 대학생기자]

우선, 반도체의 원리부터 간단하게 알아보자. 반도체는 최외각전자가 4개인 14족 원소 둘을 결합하면 밑에는 전자가 꽉 찬 띠, 위에는 전자가 없는 띠가 만들어진다. 여기에 최외각전자가 5개인 15족 원소를 조금 결합하면 N형, 최외각전자가 3개인 13족 원소를 조금 결합하면 P형이 된다. 이 둘을 연결하면 다음과 같이 된다.

[이미지 제작=대한민국청소년기자단 한건호 대학생기자]

첫 번째처럼 N형에 +극을 연결하면 가운데 결핍층이 좁아 전기가 잘 통하고, 반대로 N형에 -극을 연결하면 결핍층이 넓어져 전기가 통하지 않는데, 이것이 반도체의 원리이다.

이런 반도체의 역할은 아주 다양한데, 작은 신호를 증폭시키거나, 전기를 흐르거나 차단시키고, 어떤 신호를 기억하거나 계산하여 처리해 주기도 한다. 쉽게 말해 전기를 통해 내가 목표하고자 하는 동작이나 기능을 하게끔 해주는 중요한 역할을 한다.

국내 연구팀, 차세대 반도체 소재 형성 원리 규명

이런 중요한 역할을 하는 반도체를 만들 때 사용하는 소재에 따라 그 능력이 달라지는데, 차세대 반도체 소재인 ‘이황화몰리브덴’의 형성 과정을 최근 성균관대학교 신소재공학부 김형섭 교수 연구팀이 규명하였다.

이황화몰리브덴은 두께가 매우 작은 층이 여러 개 쌓인 층상 구조를 이루고 있다. 이러한 특성 때문에 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다. 연구팀은 고성능 전자현미경을 이용해 이황화몰리브덴의 형성 과정을 관찰하면서, 질서정연한 삼각형 모양의 층을 형성한다는 것을 관찰하였다. 또한 이런 층이 쌓이다 보면 반도체의 특성이 N형에서 P형으로 바뀐다는 사실도 확인하였다. 이러한 특성 때문에 향후 반도체 소재뿐만 아니라 다양한 전기소자에 응용이 될 수 있을 것으로 기대된다.

그 어느 때보다도 반도체에 대한 관심이 쏠리는 요즘, 국내 연구팀과 기업들의 관련 연구 활성화로 반도체 시장의 선두 주자를 앞으로도 지켜나갔으면 한다.

[대한민국청소년기자단 IT·과학부=3기 대학생기자 한건호]