1일 기초과학연구원(IBS)에 따르면 다차원 탄소재료 연구단 이종훈 그룹리더와 울산과학기술원(UNIST), 포항공대(POSTECH) 공동 연구팀은 2차원 흑린을 이용해 선폭 4.3Å(0.43㎚)의 전도성 채널을 구현해냈다.

이는 나노미터 한계를 뛰어넘어 옹스트롬(Å·1Å은 0.1㎚) 단위 선폭의 초극미세 반도체 소자 가능성을 실험적으로 제시한 것이다.

2차원 흑린은 `포스트(post) 그래핀` 시대의 주역이 될 반도체 소재로 꼽힌다. 두께가 원자 한 층 정도여서 실리콘 기반 반도체로 구현하기 힘든 유연하고 투명한 소자에 이용 가능하며 2차원 반도체 소재 중 전자이동도가 가장 크기 때문이다.

하지만 2차원 물질들을 실제 소자화하는 공정 과정에서 발생하는 결함에 관한 연구는 상대적으로 미비했었다.

이에 연구진은 이 문제를 해결하기 위한 연구에 착수, 다층의 2차원 흑린 간 층 사이에 구리 원자를 삽입한 뒤 구리 원자가 2차원 흑린에 0.43㎚의 미세한 폭을 유지하며 삽입하는 데 성공했다. 연구진은 이를 원자분해능 투과전자현미경(TEM)을 통해 규명했다.

또 이렇게 형성된 전도성 채널은 반도체 소자의 전극으로 사용할 수 있으며, 전도체/반도체/전도체로 이뤄진 반도체의 기본 소자 구조를 2㎚ 이하 수준에서 형성할 수 있음도 보였다.

제1저자인 이석우 IBS 연구원은 "현재 반도체 제조 공정에서 사용되는 고상확산법을 이용했기 때문에 실제 응용 효과가 클 것"이라며 "흑린을 이용해 나노미터 한계를 뛰어넘는 초 극미세 소자로서의 활용 가능성을 확인했다"고 말했다.

이번 연구 결과는 지난달 29일자 국제 학술지 `나노 레터스`(Nano Letters) 표지 논문으로 게재됐다. 정인선 기자

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