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| ↑↑ 왼쪽부터 양지웅 DGIST 교수와 지승현 석사과정생, 김서영 석사. DGIST 제공 |
| DGIST(총장 이건우) 에너지공학과 양지웅 교수팀이 반도체 나노결정의 성능을 높이기 위해 핵(씨앗) 단계에서 도핑을 제어하는 새로운 기술을 개발했다.
이번 연구는 고려대(총장 김동원) 화학과 스테판 링게(Stefan Ringe) 교수팀과 공동으로 진행됐으며, 도핑 원소(도판트)의 종류에 따라 도핑 과정과 위치가 달라지는 원리를 밝혀냈다. 개발된 기술은 디스플레이나 트랜지스터 같은 첨단 전자 소자에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.
최근 디스플레이와 트랜지스터 같은 첨단 기술이 빠르게 발전하면서, 나노 크기 반도체에 정밀하게 도핑을 제어할 수 있는 기술에 대한 관심이 커지고 있다. 특히 II-VI 반도체 기반 나노결정은 우수한 광학 및 전기적 특성 덕분에 다양한 연구가 이뤄지고 있다.
도핑은 반도체 기술에서 매우 중요한 역할을 하지만, 나노결정처럼 작은 반도체에서는 도핑 효율이 낮은 문제가 있다. 이는 반도체가 성장하는 동안 도판트가 표면에 흡착되면서 내부로 잘 들어가지 못하기 때문이다. 이에 양지웅 교수팀은 나노결정이 성장하기 전 단계인 '나노클러스터' 단계에서 도핑을 유도하는 '핵생성 제어 도핑법'을 개발했다. 이 기술을 활용해 ZnSe 반도체 나노결정에 안정적이고 정밀한 도핑을 구현하는 데 성공했으며, 도판트 종류에 따라 도핑 과정과 위치가 달라지는 이유도 규명했다.
또 기존의 II-VI 반도체 나노결정 도핑 연구는 주로 중금속인 CdSe를 사용했지만, Cd는 환경에 해롭고 안정성이 떨어지는 단점이 있었다. 이번 연구는 중금속을 사용하지 않는 나노결정에 적용 가능한 기술을 개발해, 환경 문제를 해결하면서도 실질적인 응용 가능성을 높였다. 이는 디스플레이, 트랜지스터 등 다양한 전자소자에 활용될 가능성을 보여준다.
DGIST 양지웅 교수는 “이번 연구를 통해 나노결정 내 도핑 제어 기술을 체계적으로 정립했다”며, “특히 이를 기반으로 차세대 디스플레이와 트랜지스터 같은 광전자 소자를 설계하고 제작하는 데 중요한 기초 자료가 될 뿐만 아니라, 정밀한 도핑 제어 기술을 통해 혁신적인 소자를 설계할 새로운 가능성도 열어줄 것으로 보인다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구 사업, 산업통상자원부 한-미국제공동기술개발사업, DGIST 센소리움연구소 등의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 재료과학 분야의 권위 있는 학술지 '스몰 사이언스(Small Science)'에 2025년 1월 게재됐다. |
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