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국제학회 MRS 2026 'Top 10 Student Posters' 선정
“MoS₂ 전기적 특성 정밀 제어 기술 제시…차세대 AI 반도체·뉴로모픽 소자 활용 기대”
 

홍웅기 교수(융합반도체공학과) 연구팀이 차세대 2차원 반도체 소재인 이황화몰리브덴(MoS₂)의 안정적인 p형 특성 구현 기술을 개발해 국제학회에서 우수 포스터로 선정됐다.

이번 연구는 이재원 학생(대학원 파운드리공학과 석박통합과정)이 제1저자로 미국재료학회(MRS, Materials Research Society)가 주관한 '2026 MRS Spring Meeting & Exhibit'에서 발표했다. 연구팀의 포스터는 'Engineering 2D Materials and van der Waals Heterostructures' 분과에서 'Top 10 Student Posters'에 선정되는 성과를 거뒀다.
 

▲(왼쪽부터) 홍웅기 교수(융합반도체공학과)와 이재원 석사생(대학원 파운드리공학과 석박사통합과정) 
 

최근 AI 반도체와 초저전력 전자소자 개발이 활발해지면서 원자 수준 두께를 갖는 2차원 반도체 소재가 차세대 반도체의 핵심 후보로 주목받고 있다. 특히 MoS₂는 뛰어난 전기적 특성과 높은 집적도를 구현할 수 있어 차세대 트랜지스터 채널 소재로 각광받고 있지만, 안정적인 p형 특성을 구현하기 어렵다는 점이 상용화를 가로막는 주요 과제로 지적돼 왔다.
 

기존 MoS₂ 소자는 황 공공(sulfur vacancy)과 페르미준위 고정(Fermi-level pinning) 현상으로 인해 대부분 n형 전도 특성을 나타낸다. 따라서 CMOS 기반 반도체 회로 구현에 필수적인 p형 소자 제작이 쉽지 않아 다양한 연구가 진행돼 왔다.
 

▲ 홍웅기 교수팀의 이번 연구는 2차원 반도체 상용화의 핵심 과제로 꼽히는 안정적인 p형 특성 구현에 새로운 접근법을 제시한 연구라 주목을 받고 있다. [※사진은 연구 모식도] 

연구팀은 이번 연구에서 캡슐화층이 단순히 반도체를 보호하는 역할을 넘어 전자 구조를 능동적으로 조절할 수 있다는 점에 주목했다. 특히 TBPO(tert-Butyl peroxide) 기반 라디칼 캡슐화 공정을 적용한 결과 문턱전압이 양의 방향으로 이동하며 뚜렷한 p형 특성이 유도되는 것을 확인했다. 동시에 약 10⁶ 수준의 높은 on/off 전류비와 안정적인 히스테리시스(hysteresis) 특성도 유지했다.
 

또한 실록산 기반 V3D3 캡슐화층은 전하가 일시적으로 머무는 결함 상태를 효과적으로 억제해 히스테리시스 윈도우를 크게 감소시키고 소자의 장기 안정성을 향상시키는 것으로 나타났다. 연구팀은 라디칼 활성도와 산화 반응, 환경 흡착 현상을 정밀하게 제어하면 MoS₂ 기반 소자의 전기적 특성을 안정적으로 조절할 수 있음을 입증했다.
 

홍웅기 교수는 "이번 연구는 2차원 반도체 상용화의 핵심 과제로 꼽히는 안정적인 p형 특성 구현에 새로운 접근법을 제시한 연구"라며 "향후 CMOS 호환 로직 소자는 물론 뉴로모픽 반도체, 메모리-인-센서, 플렉시블 전자소자 등 다양한 차세대 반도체 기술의 기반으로 활용될 것으로 기대한다"고 밝혔다.
 

한편, 이번 연구는 한국연구재단 「차세대지능형반도체기술개발사업」, 정보통신기획평가원 「정보통신방송혁신인재양성사업(대학ICT연구센터)」, 한국산업기술진흥원 「산업혁신인재성장지원사업(교육훈련)」의 지원을 받아 수행됐다.