우리나라 연구진이 최적의 에너지 효율을 지닌 반도체 소자를 만들어낼 가능성을 제시했다.

미래창조과학부는 코넬대 박지웅 교수 연구팀이 이러한 연구 성과를 냈다고 29일 밝혔다.

최근 반도체 소자의 크기가 소형화되는 추세 속에 단일 전자기기 내에 들어가는 소자의 양이 증가하면서 덩달아 에너지 소모량도 늘고 있다.

하지만 기존의 반도체 소자는 많은 에너지가 열에너지로 손실되는 문제가 있었다. 컴퓨터나 휴대전화를 사용할 때 기기 자체가 뜨거워지는 현상도 여기서 발생한다.

소자 내에서 특정 방향으로 정보를 전달하려면 높은 에너지를 지닌 입자를 소자 한쪽 끝에서 주입해 낮은 에너지를 이동시켜야 하는데 이때 높은 에너지 입자가 쉽게 열에너지로 전환되면서 에너지 비효율이 발생하는 것으로 알려져있다.

연구팀은 이황화몰리브덴(MoS₂)이라는 원자 단위의 얇은 반도체 물질로 만들어진 소자에서 높은 에너지의 입자 주입 없이도 낮은 에너지의 입자가 특정 방향으로 이동하는 '계곡 홀 현상'을 관찰했다.

이 소자에서는 낮은 에너지의 안정된 입자들이 서로 다른 '에너지 계곡'에 존재하면서 각각의 방향으로 진동한다는 사실도 확인됐다. 원하는 곳에 입자를 선택적으로 형성시켜 일정한 방향으로 이동하게 함으로써 에너지 손실 없이 소자를 구동시킬 가능성을 발견한 것이다.

박지웅 교수는 "이번 연구로 이황화몰리브덴으로 대표되는 새로운 단원자 두께 물질에 대한 연구방향을 제시함과 동시에 관련 응용 기술 개발도 활성화될 것으로 기대한다"고 자평했다.

이 연구는 미래부가 지원하는 나노·소재기술개발사업(총괄책임자 세종대 그래핀연구소장 홍석륜 교수)의 세부 과제 가운데 하나로 수행됐다.

연구 성과는 미국과학진흥협회(AAAS)에서 발행하는 국제학술지인 '사이언스'(Science) 6월 27일자에 실렸다.