나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 상하이(上海) 기술 물리 연구소 연구팀은 최근 푸단(復旦) 대학교, 난징(南京) 대학교, 화둥(華東) 사범대학교, 중국과학원 마이크로 전자 연구소 연구팀과 공동 연구를 수행하고, 비휘발성(non-volatile) 강유전 분극 필드(Ferroelectric polarization field)가 저차원 반도체 재료에 대한 정밀 도핑 관련 새로운 방법을 제시하고, 동 방법을 이용하여 여러 가지 새로운 기능을 가지는 전자 및 광전자 디바이스를 개발하는데 성공함.

현대 마이크로 칩과 센서는 기존의 정보 사회를 지원하는 중요한 탑재 체에 속하며, 기술 및 공법이 발전함에 따라 소재 물질 특성 및 디바이스 구조에 대해 더욱 높은 성능을 요구하고 있는 상황임.

최근 년 간 신형 저 차원 소재가 나타나면서 현대 마이크로 칩과 센서의 독특한 구조와 특이한 물질 특성은 큰 관심을 받고 있으며, 이미 전자 및 광전자 디바이스 분야에서 잠재적인 가치를 나타내고 있음.

연구팀은 원소 도핑을 통해 반도체 재료의 캐리어 유형 및 농도를 조정하는 것은 반도체 기능 디바이스 개발에서의 물리적 기반이 되고 있음. 신형 저 차원 반도체 재료와 관련하여 "어떻게 하면 캐리어에 대한 정밀 조정을 실현할 것인가"라는 과제의 해결은 풍부한 기능성 디바이스를 개발하는데 있어서의 필수적인 루트가 된다는 결론을 도출하였음.

연구팀은 이번 연구에서 강유전 분극화를 이용하여 저 차원 반도체 광전자 디바이스를 개발하는 두 가지 방법을 제시하였는데 한 가지 방법은 나노 프로브 기술을 이용하여 강유전체 박막 분극화를 실현하여 저 차원 반도체를 조정 제어하는 방법(톱다운(top-down) 방법)임.

톱다운 방법은 플러스 방향 전압을 추가하여 분극화 다운을 유도하고 반도체 재료 속에 전자를 주입하며, 마이너스 방향 전압 전압을 추가하고 분극화 업을 유도하여 반도체 재료 속에 공공을 주입하는 방법인데 디바이스 패턴에 대해 설계의 자유도가 높고, 지우고 다시 쓰기가 가능함. 도핑 구역의 공간 사이즈가 정밀한 특징을 가지고 있는 것으로 나타났으며, 연구팀은 이런 방법에 기반 하여 p-n 접점, BJT 트랜지스터 및 신형 메모리 등 디바이스를 개발하였음.

다른 한 가지 방법은 게이트 그리드 구조를 구축하는 방법으로 고체 상태 전극에 전압 분극화 강유전 박막을 추가하여 정상 층 저 차원 반도체에 대한 조정 제어를 실행하는 방법(보텀업((bottom-up) 방)임.

이런 방법은 고체 상태 구조를 실현하고, 충분한 분극화를 실현하는 동시에 더욱 이상적인 디바이스 성능과 안정성을 실현할 수 있는 특징을 보유하고 있는 것으로 나타났음.

연구팀은 이런 두 가지 방법을 이용하여 접점 타입의 광전자 탐사 측정 장치와 태양광 발전 디바이스를 개발하였는데 디바이스 탐사 측정 파장은 가시광선-단파 적외선 주파수 대역을 커버할 수 있는 것으로 나타났음.

본 연구 성과는 ‘Nature Electronics’ ("Programmable transition metal dichalcogenide homojunctions controlled by nonvolatile ferroelectric domains")지에 게재됨.