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한국연구재단은 강주훈 연세대 교수 연구팀이 잉크처럼 뿌려 만드는 2차원(2D) 나노재료로 트랜지스터와 다이오드,광센서 기능을 자유롭게 바꿀 수 있는 재구성형 소자기술을 개발했다고 8일 밝혔다.트랜지스터는 전류나 전압흐름을 조절해 증폭하거나 스위치 역할을 하는 반도체 소자다.다이오드는 전류가 흐르도록 하는 성질을 가진 소자다.
전자소자의 기능을 상황에 따라 전환할 수 있는 재구성형 소자에 대한 연구가 활발하다.기존 재구성형 소자는 정교한 장비와 복잡한 구조가 필요해 대면적 생산 및 상용화에 어려움이 많다.복잡한 전극 설계가 필요할 뿐만 아니라 정밀하게 정렬해야 하는 문제까지 있어 실제 산업에 응용하기에는 한계가 있다.단일 구조로도 다양한 기능을 구현하는 간단하면서도 확장성 있는 구조의 재구성형 소자 개발이 필요한 상황이다.
연구팀은 용액공정 기반의 2D 나노 재료를 이용해 기판 전체에 뿌리는 방법으로 균일한 소자의 성능을 구현할 수 있는 새로운 구조를 고안했다.하나의 게이트 전극만으로도 트랜지스터 또는 다이오드처럼 작동하도록 설계했다.
먼저 2차원 반도체인 이황화지르코늄(ZrS2) 산화시켜 형성한 산화지르코늄(ZrO2-x) 절연층 위에 반도체 재료인 몰리브덴 다이설파이드(MoS2)를 수직으로 쌓은 이종접합 소자를 제작했다.전기적 기능이 상이한 두 재료를 수직으로 적층한 간단한 소자 구조로 다양한 기능을 구현했다.
산화지르코늄 절연층의 산소결함을 활용해 빛에 반응하는 속도를 조절하는 데 성공해 빠른 감응 속도와 장기 기억 특성을 모두 갖춘 새로운 방식의 광센서를 구현했다.
연구팀은 “고속 영상처리,캘빈리 포커고수인지형 센서 등에 활용 가능한 재구성형 광소자 플랫폼으로 확장될 수 있는 기반이 마련될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
연구를 이끈 강주훈 교수는 이번 연구성과에 대해 “간단한 프린팅 방식으로 고성능 재구성형 전자소자를 구현할 수 있는 가능성을 제시한 것”이라며 "향후 다양한 기능을 가진 센서를 기기 내부에 높은 밀도로 집적하는 인공지능 하드웨어 기술에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.연구 결과는 국제학술지‘네이처 일렉트로닉스’에 6일 온라인 게재됐다.
<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41928-025-01379-1
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