차세대 반도체 소재 ‘흑린(검은색 인)’이 뜬다

2016.06.14 18:00

흑린을 이용한 플래시 메모리 소자를 만든 최원국 한국과학기술연구원(KIST) 미래융합기술연구본부장(왼쪽), 흑린을 열전소자로 사용할 수 있음을 보인 배명호 한국표준과학연구원 양자측정센터 책임연구원 - 한국과학기술연구원(KIST), 한국표준과학연구원 제공
흑린을 이용한 플래시 메모리 소자를 만든 최원국 한국과학기술연구원(KIST) 미래융합기술연구본부장(왼쪽), 흑린을 열전소자로 사용할 수 있음을 보인 배명호 한국표준과학연구원 양자측정센터 책임연구원 - KIST, 한국표준과학연구원 제공

국내 연구진이 차세대 반도체 소재로 각광 받는 흑린과 관련된 연구성과를 잇따라 발표했다.


흑린은 검은색 인(P)이 2차원 평면으로 결합된 물질이다. ‘꿈의 소재’로 불리던 그래핀이 활용 과정에서 주춤하는 사이 흑린의 인기가 높아진 형국이다.


최원국 한국과학기술연구원(KIST) 미래융합기술연구본부장팀과 임성일 연세대 물리학과 교수팀은 2차원 흑린을 이용해 플래시 메모리 소자를 개발했다고 14일 밝혔다.


플래시 메모리 소자는 USB 메모리스틱 등에 쓰이는 기억장치로 실리콘을 기반으로 만든다. 정보를 쉽고 빠르게 쓰거나 지울 수 있지만, 용량이 늘어날수록 요구전압이 커지고 한 번에 읽고 쓰는 속도를 높이는 데도 한계에 다다르면서 새로운 반도체 소재의 필요성이 대두됐다.


연구팀은 메모리를 저장하는 데 전자만을 이용하는 실리콘과 달리, 흑린이 전자와 정공을 동시에 이용할 수 있는 ‘양극성 소재’라는 점에 주목했다. 양극성 소재를 쓰면 메모리를 한 번에 읽고 쓸 수 있는 양을 결정하는 특성인 ‘메모리 윈도’를 기존보다 더 넓힐 수 있다.


흑린 기반으로 만든 플래시 메모리 전자소자 - 한국과학기술연구원 제공
흑린 기반으로 만든 플래시 메모리 전자소자 - 한국과학기술연구원 제공

연구에 참여한 황도경 KIST 선임연구원은 “아직 기초적인 단계인 만큼 상용화된 실리콘 기반 플래시 메모리를 뛰어넘을 수는 없지만 흑린 기반 플래시 메모리의 이론적인 가능성을 확인한 데 의미가 있다”며 “정보를 저장하고 쓰는 데 필요한 전압이 이론적으로 더 낮아 대용량을 쓰고 저장하는 데 실리콘보다 유리할 수 있다”고 설명했다. 연구결과는 재료분야 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스’ 7일자에 실렸다.

 

배명호 한국표준과학연구원 양자측정센터 책임연구원팀은 흑린으로 열전소자를 만드는 길을 열었다. 열전소자란 온도 차이를 이용해 전기를 만드는 소자로, 체온과 외부 온도 차이를 이용해 전기를 만들거나 자동차 엔진에서 나오는 열로 전기를 만드는 데 사용할 수 있다.


연구팀은 3차원 구조의 흑린 속에서 전하들이 열전현상에 의해 평면방향으로 움직인다는 사실과 함께, 기판과 상호작용을 통해 이를 제어할 수 있음을 밝혀냈다.


배 연구원은 “열전 반도체 소자로 흑린을 쓰려면 흑린과 기판의 상호작용을 정확히 이해해야 하는 만큼, 기판의 불순물을 조절하거나 절연체를 활용해 흑린 반도체의 열전현상을 제어할 수 있음을 보인 데 의의가 있다”고 말했다.


연구결과는 나노기술 분야 학술지 ‘나노레터스’ 지난달 25일자에 실렸다.

 

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