초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 목표는 이차원 금속 칼코제나이드(metal chalcogenide)계 신소재 반도체의 전자 물리적 특성을 심층적으로 측정 및 분석하고, 이를 바탕으로 새로운 응용 나노 소자를 개발하는 것임. 특히 이차원의 인듐셀레나이드(InSe)는 높은 이동도(mobility)와 1.2~1.5eV의 밴드갭(bandgap)을 가지고 있어, 높은 이동도를 가지지만 밴드갭이 없는 그래핀과, 밴드갭이 있지만 이동도가 낮은 전이금속 디칼코제나이드(transition metal dichalcogenide)의 장점은 가지고 단점은

□ 연구개요
본 연구의 목표는 이차원 금속 칼코제나이드(metal chalcogenide)계 신소재 반도체의 전자 물리적 특성을 심층적으로 측정 및 분석하고, 이를 바탕으로 새로운 응용 나노 소자를 개발하는 것임. 특히 이차원의 인듐셀레나이드(InSe)는 높은 이동도(mobility)와 1.2~1.5eV의 밴드갭(bandgap)을 가지고 있어, 높은 이동도를 가지지만 밴드갭이 없는 그래핀과, 밴드갭이 있지만 이동도가 낮은 전이금속 디칼코제나이드(transition metal dichalcogenide)의 장점은 가지고 단점은 보완된 고성능 신소재 반도체로 최근 세계적으로 각광받고 있음.
1) 기본 연구: 나노 단위 두께의 InSe 반도체 플레이크의 전기적 성능을 시험.
2) 후속 응용 연구: 이차원 InSe의 기초 물성 연구를 발판으로 응용 나노 소자 개발.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) 기본 연구: 나노 단위 두께의 InSe 반도체 플레이크의 전기적 성능을 시험.
hBN/InSe/hBN 구조와 In/InSe/hBN 구조를 이용하여 무질서성이 극히 제한된 고성능 InSe를 구현하고, 기초 전자 수송 특성을 파악함. InSe의 이동도를 결정하는 주요한 물리적 파라미터를 파악함으로서 성능 극대화를 위한 전략을 제시함. 특히 상온에서 2000 cm²/Vs 이상의 고이동도를 달성하고, 상온에서 최고 1.5×10⁷ cm/s, 150K에서 최고 2.5 × 10⁷ cm/s 수준의 높은 전자 포화 속도를 최초로 관측함. 광학적 포논 방출 모델을 제시하여 전자의 포화 속도 양상을 설명하였으며, 광학적 포논 값을 추출함.
2) 후속 응용 연구: 이차원 InSe의 기초 물성 연구를 발판으로 응용 나노 소자 개발
기존의 성능을 뛰어넘는 수준의 초고성능 적외선 센서 및 자가구동형 초저전력 적외선 센서를 개발함. AuCl₃를 InSe에 적용하여 InSe의 p-도핑을 보였으며, 이렇게 p-도핑된 InSe와 그래핀간의 접합을 통하여 10000 A/W, 10¹³ Jones 이상의 근적외선 반응성과 감지도 달성함. 또한, graphene/In/InSe/Au의 비대칭적 소자 구조를 통하여 구동 전압 없이 850 nm 파장의 적외선 감지 기술을 구현하였으며, 다양한 소자 구조 변형에 따른 광전하 수송 시간 추산 및 최적화 전략을 제공함. 또한 이종접합에서의 구조에 따른 수송 특성을 파악하고, 전압 극성에 따른 NDT 및 삼진 트랜지스터로의 동적 변조를 구현함으로써 InSe의 다양한 응용성을 입증함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- InSe의 기초 전기적 물성 및 응용 소자에 대한 보고가 거의 없던 시기에 연구를 시작하여 InSe 반도체에 대한 이해를 넓히는데 기여함. 특히 InSe의 전기적 특성을 극대화하기 위한 방법론과 이를 기반으로 한 이동도, 포논 에너지 등 기초 물리값들을 제시함. 또한, 이를 기반으로 구현된 고성능 InSe를 적극 활용하여 다양한 나노 소자 개발로의 응용 및 확장 가능성을 입증함. 기존의 성능을 뛰어넘는 수준의 초고성능 적외선 센서 및 자가구동형 초저전력 적외선 센서를 개발하고, NDT 및 삼진 논리 연산 소자를 개발하여 다양한 응용 및 활용을 보여줌.
- InSe에서의 기초 전자 수송 연구는 초단채널에서의 탄도학적 운송 양상, 홀 수송 양상, 이종접합 및 InSe 동종접합에서의 터널링 양상 등의 연구로 확장될 수 있음. 또한 본 연구에서 제공하는 고이동도 InSe를 얻기 위한 방법론은 InSe를 포함하여 타 2차원 재료의 특성을 극대화하는데 활용될 수 있으며, 제공된 물리값들은 InSe 기반의 고성능 나노전자소자를 설계하는 데에 활용될 수 있음. 본 과제의 고성능 나노 전자 소자연구가 제공하는 고성능 구동 및 미세 전류 특성 제어를 위한 방법론은 InSe를 포함한 2차원 반도체 기반의 전자 및 광전자 소자 개발에 활용될 수 있으며 향후 대면적 회로 및 시스템을 위한 추가 후속연구로 확장될 수도 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• (1) hBN/InSe/hBN 구조에서의 전자 수송 및 이동도 양상 연구 ... 4
• (2) 고이동도 In/InSe/hBN 구조의 트랜지스터 구현 및 고전기장에서의 전자 표류 속도 연구 ... 6
• (3) InSe 기반의 고성능 적외선 센서 연구 개발 ... 7
• (4) 자가 구동하는 InSe 기반의 고성능 적외선 센서 개발 ... 10
• (5) InSe-BP 기반의 NDT 소자 및 삼진 논리 연산 구현 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 15
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 19
• 끝페이지 ... 34