필요에 따라 기능 자유자재로 바꾸는 전자소자 눈길

[아이뉴스24 정종오 기자] 필요에 따라 기능을 자유자재로 바꿀 수 있는 전자소자가 개발됐다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 연세대 강주훈 교수 연구팀이 잉크처럼 뿌려 만드는 2차원 나노재료로 트랜지스터와 다이오드, 광센서 기능을 자유롭게 바꿀 수 있는 재구성형 소자(Reconfigurable device) 기술을 개발했다고 8일 발표했다.

전자소자의 기능을 상황에 따라 전환할 수 있는 재구성형 소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존 재구성형 소자는 정교한 장비와 복잡한 구조가 필요해 대면적 생산과 상용화에 어려움이 많았다.

복잡한 전극 설계가 필요할 뿐만 아니라 이를 정밀하게 정렬해야 하는 문제까지 있어 실제 산업에 응용하기에는 한계가 있었다.

이를 해결하기 위해서는 단일 구조로도 다양한 기능을 구현할 수 있고 간단하면서도 확장성 있는 구조의 재구성형 소자 개발이 필요한 상황이다.

연구팀은 용액공정 기반의 2차원 나노 재료를 이용, 기판 전체에 뿌리는 방법으로 균일한 소자의 성능을 구현할 수 있는 새로운 구조를 고안했다. 하나의 게이트 전극만으로도 트랜지스터 또는 다이오드처럼 작동하도록 설계했다.

2차원 반도체인 이황화지르코늄(ZrS2)을 산화시켜 형성한 산화지르코늄(ZrO2-x) 절연층 위에 반도체 재료인 몰리브덴 다이설파이드(MoS2)를 수직으로 쌓은 이종접합 소자를 제작, 전기적 기능이 상이한 두 재료를 수직으로 쌓았다. 간단한 소자 구조로 다양한 기능을 구현할 수 있도록 했다.

산화지르코늄 절연층의 산소 결함을 활용해 빛에 반응하는 속도를 조절하는 데 성공했다. 빠른 감응 속도와 장기 기억 특성을 모두 갖춘 새로운 방식의 광센서를 구현해냈다.

이번 연구성과로 인해 고속 영상처리, 인지형 센서 등에 활용 가능한 재구성형 광소자 플랫폼으로 확장될 수 있는 기반이 마련될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

강주훈 교수는 이번 연구 성과에 대해 “간단한 프린팅 방식으로 고성능 재구성형 전자소자를 구현할 수 있는 가능성을 제시한 것”이라며 "앞으로 다양한 기능을 가진 센서를 기기 내부에 높은 밀도로 집적하는 인공지능 하드웨어 기술에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.

연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 5월 6일자 온라인으로 실렸다.