간단한 인쇄공정으로 기능 전환 가능한 재구성형 전자소자 개발

기능을 자유롭게 전환할 수 있는 재구성형 전자소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 간단한 프린팅 공정으로 제작 가능해 차세대 전자소자 설계 방식의 전환점을 제시할 수 있을 것으로 보인다.

한국연구재단은 연세대학교 강주훈 교수 연구팀이 용액공정 기반 2차원 나노재료를 활용해 하나의 소자로 트랜지스터, 다이오드, 광센서 기능을 선택적으로 구현할 수 있는 재구성형 소자 기술을 구현했다고 밝혔다.

연구팀은 2차원 반도체 이황화지르코늄(ZrS₂)을 산화시켜 형성한 산화지르코늄(ZrO₂₋ₓ) 절연층 위에 몰리브덴 다이설파이드(MoS₂)를 수직 적층한 이종접합 구조를 도입했다. 이 구조는 단일 게이트 전극만으로도 전계 분포를 비선형 제어할 수 있어, 트랜지스터 모드와 다이오드 모드를 선택적으로 구현할 수 있다.

글로벌 게이팅(트랜지스터) 모드에서는 평균 이동도 10㎠/Vs, 전류 온·오프 비율 10⁶의 성능을 나타냈으며, 로컬 게이팅(다이오드) 모드에서는 정류비 7×10⁴를 달성했다. 빛을 조사한 경우에는 트랜지스터 모드에서 빠른 광응답 특성을, 다이오드 모드에서는 장기 기억 특성을 나타내는 광시냅스 동작을 구현했다. 특히, 광반응도는 최대 10⁵ A/W로 기존 광센서를 상회하는 수준이다.

연구팀은 정밀한 전극 설계나 복잡한 정렬 공정 없이, 단순한 적층만으로 다양한 기능을 구현할 수 있다는 점에서 상용화 가능성이 높다고 판단했다. 프린팅 방식으로의 구현이 가능해 대면적 생산과 인공지능 반도체 설계에도 응용이 기대된다.

강주훈 교수는 “간단한 공정으로 복합 기능을 구현할 수 있다는 점에서 인공지능 하드웨어, 센서-인-메모리 시스템 등 차세대 전자기기 설계에 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구지원사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 5월 6일 온라인 게재됐다.