반도체 입자 ‘엑시톤’ 손실없는 조절 기술 개발

UNIST 연구팀, 국제학술지 발표
‘나노 갭소자’ 만들어 변형률 높여

삼성전자를 포함한 국내 연구진이 ‘엑시톤(exciton)’ 입자를 효율적으로 조절하는 방법을 알아냈다. 엑시톤은 작동 속도가 빠르면서 열이 발생하지 않는 반도체를 만들 수 있는 입자다.

울산과학기술원(UNIST)은 박경덕 물리학과 교수 연구팀이 주혁 삼성전자 부사장 연구팀, 박형렬 UNIST 물리학과 교수 연구팀, 김기강 성균관대 에너지과학과 교수 연구팀과 공동연구를 통해 엑시톤 입자를 손실 없이 조절할 수 있는 기술을 개발하고 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 발표했다고 7일 밝혔다.

연구팀에 따르면 엑시톤은 절연체나 반도체 소재 안에 생기는 입자다. 음전하인 전자와 양전하인 정공이 합쳐진 형태로 전기적으로 중성이다. 반도체에서 전자가 하는 역할을 엑시톤으로 대체할 수 있다.

문제는 엑시톤 입자가 쉽게 소실된다는 점이다. 엑시톤 기반 반도체를 만들려면 반도체 소재를 구부리는 기계적 변형을 가해야 하는데 변형이 충분하지 않으면 소재 내 엑시톤 입자가 사라지고 너무 강하게 구부리면 소재 자체가 손상될 수 있다.

연구진은 나노미터(nm·1나노미터는 10억분의 1m) 수준의 틈새 구조를 갖는 ‘나노 갭 소자’를 만들어 이 같은 한계를 극복했다. 틈새 구조 위에 얇은 2차원 반도체 소재가 걸쳐지도록 한 뒤 기존에 개발한 ‘능동형 탐침 증가 광발광 나노현미경’에 달린 탐침으로 2차원 반도체 소재를 눌러 기가파스칼(GPa) 수준의 압력을 가해 손실 없이 변형률을 높였다.