성균관대 양희준 교수팀, "2차원 소재·소자의 양자역학적 상호 작용 규명"

'초절전 양자 터널링 트랜지스터' 개발





성균관대학교(총장 신동렬)는 에너지과학과 양희준 교수 연구팀이 2차원 적층 소재에 존재하는 슈타르크 효과(Stark effect)를 활용하여 양자역학적 밴드갭 제어 및 초절전 트랜지스터를 개발했다고 18일 밝혔다.

연구팀은 기존의 실리콘 기반 소재에 활용되던 광학적, 전기적 방법은 원자층 두께의 2차원 소재에 존재하는 여러 양자역학적 상호 작용 및 밴드갭을 정확하게 규명할 수 없다는 이슈에 주목했다. 최근 활발히 연구되고 있는 2차원 소재 기반 소자들은 근사적이고 이론적인 물성에 의존한 불완전한 연구가 진행 중이었다.

연구팀은 원자 격자 각도 제어를 통한 시료 적층 공정 및 양자역학적 공명 터널링 현상을 활용하여 기존 분광학적 방법으로는 측정할 수 없는 2차원 반도체 소재의 전기적 특성을 정확하게 측정할 수 있었다.

연구에 적용된 핵심적인 원리인 슈타르크 효과(Stark effect)는 1914년 요하네스 슈타르크에 의해 보고된 후 1919년 노벨물리학상을 받았으나, 지금까지 전기적 방법으로 소자 단위에서 측정 및 규명된 바 없었다. 본 연구는 슈타르크 효과가 크게 발현될 수 있는 2차원 적층 구조에서 전기적 방법으로, 직접 슈타르크 효과를 관측 및 활용한 최초의 연구라는 의미가 있다.

양희준 교수(교신저자)는 "이번 연구는 기초물리학 연구를 통해 4차 산업혁명을 대비하는 핵심 미래 소자로 주목받는 2차원 소재 기반 소자의 정확한 동작 설계와 공정 방향을 제시하였다"고 밝혔다.

이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터 지원을 통해 수행되었으며, 세계적(JCR상위 1.7%) 국제학술지 어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materialsl)에 2월 6일 온라인에 게재됐다.