2차원 반도체 결함 제어 메커니즘 규명
2차원 반도체 결함 제어 메커니즘 규명
  • 김종현
  • 승인 2024.04.09 21:20
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DGIST 조창희 교수 연구팀
전자 에너지 손실 분광 기법 활용
산소 분자 화학적 흡착으로 정상화
엑시톤 상태·밸리 분극 안정화도
DGIST화학물리학과조창희교수팀
DGIST 화학물리학과 조창희 교수팀이 관련 연구성과를 확인하고 있다. 디지스트 제공
DGIST 화학물리학과 조창희 교수팀이 ‘2차원 반도체’를 이용해 ‘전이금속 칼코겐화합물’로 구성된 2차원 반도체에서 발생한 결함을 산소 분자의 화학적 흡착으로 정상화하는 메커니즘을 발견했다.

전이금속 칼코겐화합물은 원자층 수준의 얇은 두께를 가지고 있어서 2차원 반도체가 갖는 고유한 물성을 관찰하기 어려워, 반도체 소재로 활용하는데 어려움을 가지고 있었다.

조창희 교수팀은 단일 2차원 반도체의 광학적 물성이 진공과 대기 환경에서 큰 차이를 보이는 것에 주목했다. 이를 토대로 반도체 표면에 탈착 및 흡착되는 기체분자에 의해 2차원 반도체 물성이 변화하는 것으로 가정하고, ‘전자 에너지 손실 분광 기법(EELS: Electron Energy Loss Spectroscopy)’, 이론적 모델 계산 등을 활용해 이를 분석했다.

그 결과 2차원 반도체의 결함에 산소 분자가 화학적으로 흡착되어 결함 상태를 제거함을 발견했다.

또한, 이러한 과정에서 질화붕소가 산소 분자의 탈착을 막아주어 결함 상태를 안정적으로 제어함을 확인했고, 이러한 현상이 다양한 외부 환경 변화로부터 2차원 반도체의 엑시톤 상태 및 밸리 분극을 안정화할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

DGIST 화학물리학과 조창희 교수는 “차세대 반도체 소재로 광학, 전기, 물리적 성질이 우수한 전이금속 칼코겐화합물을 2차원 반도체로 활용할 수 있는 결함 제어 메커니즘을 발견하게 되어 매우 기쁘다”며, “이번 연구성과는 2차원 반도체의 물성에 대한 이해도를 학문적으로 진전시킨 매우 주요한 성과로, 향후 2차원 반도체 결함 제어를 위한 새로운 방향성을 제시할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구 및 우수연구자교류지원사업, DGIST R&D 프로그램의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 논문(제1저자: DGIST 화학물리학과 정진우 박사)은 국제학술지인 ‘Advanced Science’에 온라인 게재됐다.

김종현기자 oplm@idaegu.co.kr

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