초록 ▼

□ 연구개요
2D 소재를 기반으로 한 신뢰성 높은 트랜지스터 제작기술을 확장하여, 페르미전위고정(Fermi-level pinning) 극복을 통해 2D 소재 기반 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 구현을 위한 핵심공정 기술을 개발. 이를 위해 우선적으로 CMOS 구성에 적합한 2D 소재를 특성평가 선별하고, 2D 반도체와 금속 사이의 페르미전위고정 극복을 통해, 2D 기반 CMOS 개발

□ 연구 목표대비 연구결과
● 본 연구에서 제안한 아래 6가지 세부연구목표

□ 연구개요
2D 소재를 기반으로 한 신뢰성 높은 트랜지스터 제작기술을 확장하여, 페르미전위고정(Fermi-level pinning) 극복을 통해 2D 소재 기반 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 구현을 위한 핵심공정 기술을 개발. 이를 위해 우선적으로 CMOS 구성에 적합한 2D 소재를 특성평가 선별하고, 2D 반도체와 금속 사이의 페르미전위고정 극복을 통해, 2D 기반 CMOS 개발

□ 연구 목표대비 연구결과
● 본 연구에서 제안한 아래 6가지 세부연구목표 모두 100% 충실히 달성하였고, 본 연구과제 기간 중 17편의 전문학술지 논문 게재. 특히, 17편 게재논문의 평균 임팩지수가 9.5로서 매우 우수한 연구수행이 객관적으로 확인됨.
[목표1] 페르미전위고정현상 완화를 위한 도핑 기술 개발
- 산화 도핑공정을 통해 이종접합 p-n 다이오드 소자를 성공적으로 제작하고, 플라즈마 도핑 전후 전송특성 차이, p-n 다이오드 소자에서 얻어지는 광특성 보고
- 산소 플라즈마 처리를 통해 p형 도핑된 WSe2 채널에서의 페르미전위고정현상완화를 피닝팩터(S)를 통해 정량적으로 확인 및 분석
- 전자빔 패터닝을 통해 채널에서의 극성을 제어하고 저항, 전류 on/off 비율, 전하이동도, 서브문턱전압스윙(S.S) 등을 분석하여 스위칭 특성의 효율적 개선
[목표2] hBN을 활용한 페르미전위고정 극복 기술 개발
- 금속-절연체 전이 현상을 기반으로 hBN 삽입층을 도입한 2D 소자에서의 결함 정도를 측정하고 반도체 특성에 미치는 영향을 정량분석
- hBN을 활용한 이중게이트 구조를 통해 접촉저항을 제어 및 메커니즘 분석
[목표3] 1D 금속접촉, 패턴금속 적층기술 개발
- 비등방성 소재 접촉 특성에 대해 규명하고, 반도체 특성에 미치는 영향 분석
- 2D 접촉 대비 1D 접촉에서 더 높은 소자 성능을 이끌어 냄
- 준금속인 안티모니(Sb)를 접촉금속으로 활용한 2D 소자에서 페르미전위고정에서 벗어나 오믹 전하수송 특성과 높은 전하이동도 확인
[목표4] 2D 소재 쇼트키 장벽 분석 및 제어 기술 개발
- 2D 소자에서 나타나는 쇼트키 장벽을 확인
- 호핑 트랜스포트(hopping transport)를 통해 2D 소자 내 계면결함이 페르미전위에 미치는 영향 해석
[목표5] 2D 소재/금속 계면의 전자이동특성 해석
- 2D 소자 계면에서의 쇼트키 장벽에 따른 접촉 특성의 분석기술 보고
[목표6] 2D 인버터 소자 특성 구현
- 2D 소재에 이중게이트를 적용한 CMOS 인버터를 제작하고 해당 소자의 전기적 특성 분석 및 평가

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
• 본 과제 수행을 통해 2건의 특허(2차원 반도체소재 기반 이중게이트 CMOS 구조 인버터)를 출원했으며 해당 기술이전 추진 계획
• 본 과제의 우수성과를 확대하기 위해 현재 중견후속연구(금속계면제어 다차원 이종접합 반도체 개발 연구)를 지원하였고, 관련 연구를 계속할 계획
• 상기 기술 개발을 통해 주요국 대비 우리나라 미래 차세대 반도체 공정 기술의 국제적 우위 선점에 기여
• 차세대 성장동력으로서 2D 소재/소자 분야의 새로운 산업 창출에 기여
• 인공지능 시대에 필요한 고성능 반도체 핵심 기술 확보에 기여
• 2D 소재 기반 반도체 전문 기술 고급 인력 양성을 통해 향후 예상되는 인력난 극복에 기여.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구 목적 ... 4
• 2) 반도체 응용을 위한 2D 소재의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 1차년도 ... 4
• 2) 2차년도 ... 6
• 3) 3차년도 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 16
• 7. 참고문헌 ... 16
• 끝페이지 ... 42