DGIST 양지웅 교수팀, '차세대 반도체 나노소재' 합성법 개발 > 지역/사회

핵 단계 도핑 기술로 반도체 나노결정 성능 혁신

디스플레이·트랜지스터 등 첨단 전자소자 응용 기대

DGIST(대구경북과학기술원) 에너지공학과 양지웅 교수 연구팀이 반도체 나노결정의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 핵(씨앗) 단계에서의 도핑 제어 기술을 개발했다. 

이번 연구는 고려대학교 화학과 Stefan Ringe 교수팀과의 공동 연구로 진행됐으며, 도핑 원소의 종류에 따라 도핑 과정과 위치가 달라지는 원리를 규명해 학계의 주목을 받고 있다.

최근 디스플레이와 트랜지스터와 같은 첨단 기술의 발전과 함께 나노 크기 반도체에서 정밀한 도핑 제어의 중요성이 부각되고 있다. 하지만 기존 도핑 기술은 효율이 낮고, 도판트가 내부로 제대로 들어가지 못하는 한계가 있었다.

이에 양 교수 연구팀은 나노결정 성장 이전 단계인 ‘나노클러스터’ 단계에서 도핑을 유도하는 새로운 ‘핵생성 제어 도핑법’을 개발했으며 ZnSe(황화아연) 반도체 나노결정에 안정적이고 정밀한 도핑을 구현하는 데 성공했다.

기존 연구는 주로 중금속인 CdSe(황화카드뮴)를 사용했으나, Cd는 환경에 해롭고 안정성이 떨어지는 단점이 있었으나 중금속이 없는 나노결정에서도 적용 가능한 기술을 개발해 환경 문제 해결과 응용 가능성 제고라는 두 마리 토끼를 잡았다.

양 교수팀은 ZnSe 기반 나노결정을 활용해 기존보다 더 안정적이고 친환경적인 반도체 나노소재를 구현했으며 디스플레이, 트랜지스터 등 다양한 전자 소자에 폭넓게 활용될 가능성을 열어주고 있다.

양지웅 교수는 “이번 연구를 통해 나노결정 내 도핑 제어 기술을 체계적으로 정립했다”며, “이를 바탕으로 차세대 디스플레이와 트랜지스터 같은 광전자 소자를 설계·제작하는 데 중요한 기초 자료가 될 것”이라고 전했다. 

또한, 정밀 도핑 기술이 혁신적인 소자를 설계하는 새로운 가능성도 제시할 것이라고 강조했다.

이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구사업, 산업통상자원부 한-미 국제공동기술개발사업, DGIST 센소리움연구소의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 분야의 권위 있는 국제 학술지 Small Science에 2025년 1월 게재됐다.

DGIST는 이번 성과를 바탕으로 차세대 나노소재 개발 및 관련 기술 상용화에 박차를 가하며, 첨단 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다.