KAIST, 신소재 반도체 전극 개발…23개 소자 정상 작동

금속·유기 분자 결합 소재로 전류 조절

기존 금속 전극 수준 성능…맞춤 설계 기대

카이스트는 화학과 박선아 교수 연구팀이 국립부경대·포스텍(POSTECH)·연세대와 공동으로 전도성 금속·유기 구조체(MOF)를 반도체 게이트 전극으로 구현했다고 26일 밝혔다. ⓒ카이스트

국내 연구진이 금속과 유기 분자를 결합한 신소재로 반도체 전류를 조절하는 전극을 개발했다.

카이스트(KAIST)는 화학과 박선아 교수 연구팀이 국립부경대·포스텍(POSTECH)·연세대와 공동으로 전도성 금속·유기 구조체(MOF)를 반도체 게이트 전극으로 구현했다고 26일 밝혔다.

게이트 전극은 반도체에서 전류 흐름을 조절하는 부품이다. 기존 금속 전극은 소재별 전기적 성질이 정해져 있어 반도체가 요구하는 조건에 맞춰 조절하기 어려웠다.

연구팀은 금속과 유기 분자의 조합으로 전기적 특성을 바꿀 수 있는 MOF를 얇고 균일한 막으로 만든 뒤 기존 반도체 공정을 활용해 미세 전극으로 가공했다.

이 과정에서 두 종류의 식각액을 차례로 사용해 소재 손상을 줄였으며, 전기적 특성도 대부분 유지됐다.

새 전극은 이황화몰리브덴(MoS₂) 등 서로 다른 반도체 3종에서 정상 작동했다. 기존 백금 전극과 비교한 시험에서도 비슷한 전류 조절 성능을 보였다.

특히 하나의 기판에 제작한 산화물 반도체 소자 23개가 모두 정상 작동했다. 해당 소자는 400회 반복 구동에도 안정적인 성능을 보였으며, 이황화몰리브덴 반도체는 약 1년간 대기 중에 보관한 뒤에도 작동 특성을 유지했다.

이번 성과는 반도체 용도에 맞춰 전극의 전기적 특성을 설계할 가능성을 보여준다. 다만 상용화를 위해서는 대면적 제작과 공정 정밀도, 장기 신뢰성 등에 대한 추가 검증이 필요하다.

이번 연구에는 포스텍 이현우 박사가 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 지난 9월 15일 게재됐으며 한국연구재단의 지원을 받았다.

박 교수는 "소자의 목적에 맞춰 전자적 특성을 설계할 수 있는 맞춤형 전극으로 발전시켜 차세대 반도체 소자에 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.