[TECH NEWS] DNA 나노구조물 이용 반도체 특성 향상기술 개발

[산업일보]
국내 연구진이 금속이온이 도핑된 DNA 나노구조물을 활용해 2차원 나노반도체를 아주 낮은 농도로 재도핑하는 기술을 개발했다.

종잇장처럼 얇은 2차원 나노반도체의 결정성을 해치지 않고 여러 금속(구리, 아연 등) 종류의 이온이 부착된 인공 DNA를 또 다시 2차원 나노반도체에 가볍게 증착될 수 있도록 한 것이다.

기존에는 불순물의 농도를 미세하게 조절하는 이온 임플란테이션(Ion implantation) 방식이 물리적인 힘으로 인해, 두께 1 나노미터 이하의 얇은 2차원 나노반도체의 결정성을 깨뜨리는 한계가 있었다.

그러나, 이번 연구는 양전하를 띠는 금속이온과 음전하를 띠는 DNA의 특성을 토대로 각각 아래에 놓인 반도체의 전자와 정공을 끌어당기는 원리를 이용해 제곱 센티미터 면적당 1011개 이하의 전자 및 정공 농도를 조절하는 정밀도 기술로 기존의 2차원 나노반도체 도핑기술이 제곱센티미터 면적당 약 1012개 이상의 농도로 결정체를 깨뜨리지 않고 도핑한 것으로써 반도체 특성을 크게 향상시킨 것이다.

2차원 나노 반도체 특성을 향상시키기 위해서는 불순물 도핑시, 반도체 내 전자와 정공의 농도를 조절할 수 있어야 하는 데 이 때 2차원 나노 반도체의 결정성을 깨뜨리지 않고 불순물의 종류와 농도를 조절하는 것이 소자 개발의 관건이었다.

이번 연구는 정밀한 도핑농도 조절로 전류 및 정공의 이동도를 향상시키고 광 검출능력 등을 높일 수 있어 2차원 나노반도체의 최적화를 위한 실마리가 될 것으로 기대된다.

이번 연구에 참여한 성균관대 전자전기공학부 박진홍 교수, 노용한 교수, 물리학과 박성하 교수 및 박형열 박사과정 연구원(제 1 저자)의 연구결과는 나노분야 국제학술지 에이시에스 나노(ACS Nano)지 10월 29일자 온라인판에 게재됐고 미래창조과학부가 추진하는 기초연구사업(신진 및 중견연구자 지원 사업) 지원 성과다

박진홍 교수는“DNA 나노기술과 2차원 나노반도체 기술을 융합, 2차원 소자의 성능제어와 최적화에 쓸 수 있는 1010cm-2 수준의 도핑기술 개발로 국내 2차원 트랜지스터, 센서, 태양전지 같은 다양한 전자 및 광전소자 분야에 기여할 것”이라고 밝혔다.

연구진은 이번 연구의 성과에 대해 “현 DNA 나노기술은 DNA 나노구조물을 성장/합성하는 수준에 머물러 있었으나 이번 연구에서는 이 기술을 2차원 나노반도체(그래핀 및 이황화몰리브덴, 이셀레늄화텅스텐)에 적용해 1010cm-2 수준에서 조절할 수 있는 도핑 기술을 실현할 수 있었다”며, “뿐만 아니라 개발된 도핑기술을 2차원 나노반도체물질 기반 전자/광전소자에 적용하여 도핑을 통한 성능제어 및 최적화 가능성을 확인할 수 있었다”고 말했다.

아울러 이들은 이번에 개발된 기술에 대해 “모든 2차원 나노반도체에 적용이 가능한 범용적인 기술”이라고 평가했다.