주요 연구성과
NEW 물리 이재웅 교수팀, 2차원 반도체 이종접합 구조 측정 기술 개발
- 2024-06-11
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우리 학교 물리학과 이재웅 교수 연구팀이 대면적으로 반데르발스 반도체 박막의 적층 구조를 파악할 수 있는 방법을 개발했다. 이에 2차원 이종접합 구조 적용을 통한 차세대 전자∙광전 소자 개발 및 연구에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
해당 내용은 ‘대면적 반데르발스 박막의 적층 구조 연구(Mesoscopic stracking reconfigurations in van der Waals film)’라는 제목으로 나노 분야 국제 저널인 <스몰(Small)> 5월 온라인판에 게재됐다. 이번 연구에는 아주대 대학원 에너지시스템학과 졸업생 허윤성 연구원이 제1저자로 참여했고, 물리학과 이재웅 교수가 교신저자로, 염동일 교수가 공동 저자로 참여했다.
2차원 물질은 1 nm이하의 원자 크기 정도 두께를 가지는 아주 얇은 고체 물질을 말한다. 이러한 2차원 물질을 종이를 쌓듯이 세로 방향으로 적층, 접합구조를 만들면 단일 2차원 물질들에서 발견되지 않는 새로운 특성을 구현할 수 있다. 이에 차세대 반도체 분야에서 2차원 이종접합 구조에 대한 활발히 연구가 진행되고 있다.
그러나 2차원 이종접합 구조 연구의 난제는 균일한 이종구조의 형성이 어렵다는 점이다. 2차원 물질은 주변의 환경에 크게 영향을 받기 때문에, 시료를 제작하는 과정에서 쉽게 비틀림 각도가 달라지거나 물질이 변형될 수 있다. 이러한 불균일성은 소자의 성능이나 실험의 재현성 등에 심각한 영향을 주기 때문에 이를 정확하게 시각화하는 측정기술이 매우 중요하다.
아주대 물리학과 연구팀은 이종접합 시료 내에 존재하는 불균일성을 시각화할 수 있는 분광학적 방법을 개발해 적층된 대면적 WS2 박막의 적층 구조를 분석했다. 연구팀은 라만 분광과 이차조화파 측정을 이용해 시료의 비틀림 각도 및 원자 수준의 상호작용으로 인한 구조적인 변화를 비파괴적으로 정밀하게 측정하는데 성공했다. 연구팀은 또 이러한 구조적 변형의 원인과 메커니즘을 규명해냈다.
이재웅 교수는 “2차원 반도체 이종 접합 구조는 차세대 반도체 소자 응용에 있어 큰 주목을 받고 있으며, 이번 연구성과는 접합으로 인한 구조적 변화를 정밀하게 대면적에서 파악하는 방법을 개발했다는 점에서 큰 의의를 갖는다”라고 설명했다.
이어 “이번 연구로 2차원 물질의 수직 이종접합에서 일어나는 물리현상의 분석이 보다 수월해질 수 있을 것”이라며 “기능성 소자 제작을 위한 대면적 이종접합 시료 제작에도 적용될 수 있다”라고 덧붙였다.
적층된 반데르발스 반도체 박막의 구조적 변화를 시각화한 결과