스토리

2차원 양극성 다층 흑린 재료에서 양자 터널링 현상 보고


 

숙명여자대학교 응용물리전공 주민규 교수가 차세대 2차원 양극성 반도체 재료인 흑린(Black Phosphorus: BP)의 전하 중성영역에서 양극성 채널을 유도하여 상온 양자 터널링 현상을 관측했으며 미래 양자 소자로 응용 가능성을 보고하였다.

 

이번 연구는 응용물리전공 주민규 교수와 고려대학교 전자공학과 김규태 교수팀과 공동으로 수행하였으며, 재료 분야 권위지 Advanced Functional Materials (IF = 18.808, 응용물리분야 상위 4.69%)에 12월 16일(목) 온라인 게재되었다. 숙명여자대학교 대학원 응용물리학과 김예은 학생이 주저자로 참여했으며 김수연, 서유경 학생이 공동 저자로 참여하였다.

 

음성 미분 저항(Negative Differential Resistance: NDR)은 고농도 pn 접합에서 나타나는 특이한 양자 터널링 현상이다. 최근 다양한 2차원(2D) 반 데르 발스 이종접합 터널링 전계 소자에서 NDR 현상이 보고되었으나, 이종접합 계면 산화 및 결함과 Schootky 장벽에 의한 영향 등 NDR 기원에 대한 깊은 이해를 어렵게 하는 경우가 많았다.

 


 

이를 본질적으로 해결하기 위해 본 연구팀은 전자와 정공을 모두 제공할 수 있는 양극성 2차원 재료의 전하 중성 영역에 주목하였다. 높은 전하 이동도를 보유한 양극성 다층 흑린을 이용하여 이종접합이 없는 전계 소자를 제작하였고 전하 중성 영역에 존재하는 양자 터널링 현상을 보고했다. 드레인 전압을 세밀하게 제어하여 이상적인 p+-i-n+ 전하 밀도를 형성하였으며 채널 내부 공핍 영역(Depletion regime)에서 Band-to-Band 터널링 (BTBT) 현상을 유도하였다. BP 두께 및 온도 변화에 따른 NDR 의존도를 분석하였으며 Peak-to-Valley Current Ratio (PVCR) 변화 원인을 탐구하였다.

 

주민규 교수는 “이번 연구 결과는 양극성 2차원 재료 기반 다중 논리 반전기 및 신경 모방 반도체 등 미래 양자 전자 소자 개발에 크게 이바지할 것으로 기대된다”라고 의의를 전했다.

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