차세대 반도체 소재, 그래핀 넘어 포스포린?

포스텍-연세대 공동 연구팀… 흑린을 원자 몇 층 두께로 떼어내
전류 흐름 자유자재로 제어 성공

국내 연구진이 원자 여러 층 두께인 포스포린을 초박막 2차원 반도체로 사용할 수 있다는 사실을 확인했다. 미래창조과학부 제공

국내 연구진이 흑린(黑燐)을 원자 한 층 두께로 떼어 내 반도체 재료로 사용할 수 있는 가능성을 처음 확인했다. 인(P)에 고온 고압을 가하면 흑린이 되고, 흑린 표면에서 몇 층을 떼어 내면 머리카락 굵기의 10만 분의 1 수준인 0.5nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m) 정도의 ‘포스포린’이 된다.

김근수 포스텍 물리학과 교수팀과 최형준, 이연진 연세대 물리학과 교수팀은 공동으로 포스포린에서 전류의 흐름을 자유자재로 제어하는 데 성공해 ‘사이언스’ 14일 자에 발표했다.

연구진은 포스포린의 밴드갭(bandgap·전자가 가질 수 없는 에너지 대역)이 0이 될 때 그래핀과 전도성이 비슷하다는 사실도 새롭게 밝혔다. 그래핀은 구리보다 전류가 잘 흘러 ‘꿈의 신소재’로 각광받고 있지만 밴드갭이 없어 전류의 흐름을 통제하기 어렵기 때문에 반도체 소자로 활용하는 데 어려움이 있다. 하지만 포스포린을 이용하면 밴드갭을 조절할 수 있어 고성능 초소형 반도체 소자 개발이 가능하다.

김 교수는 “포스포린은 그래핀의 장점을 갖고 있으면서 그래핀 상용화의 걸림돌인 밴드갭 문제도 없다”면서 “차세대 2차원 반도체 연구가 그래핀에서 포스포린으로 이동하는 전환점이 될 것”이라고 밝혔다.

신선미 동아사이언스 기자 vamie@donga.com