반도체 신소재 개발…10억번 스위칭도 문제없다

10억 번 이상의 전류 스위칭에도 내구성을 유지하는 차세대 반도체 신소재 기술이 개발됐다.

이는 절연체-금속 상전이 소재로 주목받는 ‘상전이 바나듐 산화물 반도체’의 내구성 문제를 개선해 지능형 반도체 및 광전자 소자 개발에 기여할 전망이다.

한국연구재단은 손준우 서울대 교수와 최시영 포스텍 교수 연구팀이 상전이 시 부피 변화가 없는 박막 형성 기술을 개발하고, 고속 스위칭에서 열화되지 않는 응용 전략을 제시했다고 7일 밝혔다.

상전이 바나듐 산화물 반도체는 임계 전압에 도달하면 절연체에서 금속으로 변하며 전기 전도도가 급격히 증가하는 특성을 가진다.

이는 뉴로모픽 신소자나 저전력 광전자 소자의 차세대 소재로 각광받고 있지만, 구조적 변화로 인한 내구성 문제가 지적되어 왔다.

연구팀은 이온 도핑을 통해 결정구조의 불안정을 방지하고 상전이 과정에서 발생하는 부피 변화를 제거하는 데 성공했다.

개발된 반도체 박막 신소재 는 나노초 단위의 빠른 스위칭 속도를 유지하면서도 반복적인 상전이에도 소재가 열화되지 않는 특성을 보였다.

손준우 교수는 “이번 연구로 반복 구동 시에도 내구성을 유지하는 신소재 기술을 확보했다”며 “지능형 반도체 및 차세대 광소자 응용 가능성을 크게 높였다”고 설명했다. 해당 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’에 게재됐다.

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배동현 (grace8366@sabanamedia.com) 기사제보