초록 ▼

□ 연구개요
연구 목표: 기존의 주류 실리콘 반도체를 2차원 물질로 대체하여 반도체 소자를 재작하였을 때 예상되는 소자의 동작 특성을 다양한 시뮬레이션 기법을 이용하여, 2차원 물질의 차세대 초저전력 소자로서의 활용 가능성을 분석함
연구 내용:
● 제 1원리 계산을 이용한 다양한 2차원 물질의 기본적인 전기적 특성 연구 및 이를 바탕으로 한 차세대 신개념 소자 아이디어 제시
● 제 1원리/양자 전송 기반의 2차원 물질 초저전력 반도체 소자 시뮬레이터 개발 및 다양한 초저전력 소자 동작 특성 연구
● 볼츠만

□ 연구개요
연구 목표: 기존의 주류 실리콘 반도체를 2차원 물질로 대체하여 반도체 소자를 재작하였을 때 예상되는 소자의 동작 특성을 다양한 시뮬레이션 기법을 이용하여, 2차원 물질의 차세대 초저전력 소자로서의 활용 가능성을 분석함
연구 내용:
● 제 1원리 계산을 이용한 다양한 2차원 물질의 기본적인 전기적 특성 연구 및 이를 바탕으로 한 차세대 신개념 소자 아이디어 제시
● 제 1원리/양자 전송 기반의 2차원 물질 초저전력 반도체 소자 시뮬레이터 개발 및 다양한 초저전력 소자 동작 특성 연구
● 볼츠만 전송 기반의 2차원 물질 이동도 계산 시뮬레이터 개발 및 다양한 2차원 물질의 이동도 연구

□ 연구 목표대비 연구결과
● 제 1원리 계산을 이용하여 기존에 연구되지 않은 새로운 2차원 물질의 전기적 특성 확인 및 이를 활용한 신개념 소자 아이디어 창출
- Arsenene, Antimonene과 PdSe₂의 층상구조에 따른 band structure 변화 연구를 통해 ‘두께에 따른 반도체에서 도체로의 상전이’ 현상을 확인함
- Arsenene과 Antimonene의 strain에 따른 band structure 변화 연구를 통해 소자 동작을 향상 시킬 수 있는 효과적인 strain 전략을 설정함
- Arsenene, Antimonene과 PdSe₂의의 독특한 전기적 특성을 활용한 TFET과 MOSFET 구조 제안 및 관련 특허 출원/등록
● 제 1원리/양자 전송을 이용한 2차원 물질 반도체 소자 시뮬레이터 개발 및 소자 성능 연구
- Antimonene의 ‘두께에 따른 반도체에서 도체로의 상전이’ 현상을 활용하여 TFET에서 소스와 채널 사이에 국지적으로 도체 영역 형성함으로써 TFET이 구동 전류가 1000배 이상 향상될 수 있음을 양자 전송 시뮬레이션 결과를 통해 확인함
- Arsenene의 ‘두께에 따른 반도체에서 도체로의 상전이’ 현상을 활용하여 도핑 없이 도체상태의 2차원 물질을 소스와 드래인으로 가지는 MOSFET이 매우 높은 농도로 도핑된 소스와 드래인을 가지는 2차원 물질 MOSFET과 비슷한 소자 성능을 보일 수 있음을 양자 전송 시뮬레이션 결과를 통해 확인함
- Strain의 영향을 고려한 Antimonene MOSEFT의 동작을 시뮬레이션할 수 있는 양자전송 시뮬레이터를 개발하여 10nm 이하 채널 길이의 Antimonene MOSFET의 성능 향상을 위해서 biaxial compressive strain이 효과적임을 확인함
- Monolayer Black Arsenic MOSEFT의 동작을 시뮬레이션할 수 있는 양자전송 시뮬레이터를 개발하여 10nm 이하 채널 길이의 Black Arsenic MOSFET이 Black Phosphorus MOSFET과 비슷한 성능을 보일 수 있음을 확인함.
● 볼츠만 전송을 이용한 2차원 물질 이동도 계산 시뮬레이터 개발
- 볼츠만 전송을 이용한 2차원 물질의 Low Field 이동도를 계산할 수 있는 시뮬레이터를 개발하고 기존에 보고되어온 2차원 물질의 이동도 값들과의 비교를 통해서 시뮬레이터 검증을 완료함.

□ 연구개발결과의 중요성
● 기존에 연구되지 않았던 새로운 2차원 물질들의 물성 연구를 통해서 ‘두께에 따른 반도체에서 도체로의 상전이’와 같은 독특한 특성이 연구되었고, 이러한 특성을 활용한 신개념 초저전력 소자 아이디어들이 제안되어 특허로 연결되었음.
● 앞서 제안된 신개념 소자들의 성능을 이론적으로 계산할 수 있는 제 1원리/양자전송 기반 시뮬레이터 개발이 완료되었고, 이를 활용하여 소자의 성능에 대한 이론적인 예측과 성능 향상을 위한 연구 방향이 제시되었으며, 개발된 시뮬레이터는 다른 신개념 소자 시뮬레이터로 확장이 가능함.
● 2차원 물질의 low field 이동도를 계산할 수 있는 볼츠만 전송 기반 시뮬레이터 개발이 완료되었고, 이를 활용한 다양한 2차원 물질의 low field 이동도 연구가 가능해졌음.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1.1 연구의 필요성 ... 5
• 1.2 연구의 최종 목표 및 연구 범위 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2.1 제 1원리 계산을 이용한 다양한 2차원 물질의 전기적 특성 연구 ... 6
• 2.2 다양한 2차원 물질 기반 차세대 소자 성능 예측 및 2차원 물질 이동도 연구 ... 10
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 3.1 새로운 2차원 물질의 독특한 전기적 특성 발견 및 이를 활용한 신개념 차세대 소자 아이디어 창출 ... 14
• 3.2 소자의 성능 예측을 위한 2차원 물질 소자 시뮬레이터 ... 14
• 3.3 실험 데이터를 명확하게 이해하기 위한 2차원 물질 소자 시뮬레이터 ... 15
• 3.4 효율적이며 선별적인 연구를 위한 2차원 물질 이동도 시뮬레이터 ... 15
• 3.5 시뮬레이터의 타 분야로의 확장성 ... 15
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 16
• 대표적 연구실적 ... 17
• 끝페이지 ... 30