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[IT뉴스]반도체 전극도 '맞춤 제작' 시대…KAIST, 신소재로 전류 제어 성공

온카뱅크관리자

2026-10-26 09:57:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">보도기사</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="XEu8qYnQ3s">
          <div contents-hash="373ea61ac30fad6b49d730c14a67e791ef7fe7836fdff8cabb11268f6fab035b" dmcf-pid="ZD76BGLxUm" dmcf-ptype="general">
           KAIST 등 공동연구진, 금속·유기 분자 결합한 신소재로 반도체 게이트 전극 구현
           <br>서로 다른 3종 반도체에서 작동 확인…맞춤형 전극 설계 가능성 제시
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="db6378fd44111d4158f7db5952c6d3705138bc2c4bffb33c5b28107db399c51a" dmcf-pid="5wzPbHoM7r" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="KAIST의 이번 연구 성과 특징 및 원리 설명 이미지(AI 생성)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/26/551724-22lyJQR/20261026095357798erer.jpg" data-org-width="600" dmcf-mid="G86oxurN3I" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/26/551724-22lyJQR/20261026095357798erer.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            KAIST의 이번 연구 성과 특징 및 원리 설명 이미지(AI 생성)
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="debf1a5f86e51b40864ef87b2528ecccb5a7c7646d5897ec9eb5f02d28880138" dmcf-pid="1rqQKXgR0w" dmcf-ptype="general">
           <div>
            <br>반도체에서 전류의 흐름을 조절하는 전극을 기존 금속 대신 금속과 유기 분자가 결합한 신소재로 제작하는 기술이 개발됐습니다. 소재의 구성 성분을 조절해 반도체 특성에 맞는 전극을 설계할 수 있는 가능성이 열리면서, 향후 반도체 전력 효율을 높이는 데 기여할 것으로 기대됩니다.
            <br>
            <br>KAIST는 화학과 박선아 교수 연구팀이 국립부경대학교, POSTECH, 연세대학교 연구진과 공동으로 전도성 금속-유기 구조체(MOF)를 활용한 반도체 게이트 전극을 구현했다고 26일 밝혔습니다.
            <br>
            <br>◆ 금속 대신 금속·유기 분자 결합…'맞춤형 전극' 가능성
            <br>
            <br>트랜지스터는 전기 신호에 따라 전류의 흐름을 조절하는 반도체의 핵심 부품입니다. 이 가운데 게이트 전극은 수도꼭지 손잡이처럼 전류가 흐르는 길을 열고 닫는 역할을 합니다.
            <br>
            <br>현재 게이트 전극에는 주로 전기가 잘 통하는 금속이 사용되지만, 금속마다 전자적 성질이 정해져 있어 반도체가 요구하는 특성에 맞춰 자유롭게 조절하기 어렵다는 한계가 있습니다.
            <br>
            <br>연구팀은 이를 해결하기 위해 금속과 유기 분자를 결합한 전도성 MOF에 주목했습니다. MOF는 금속과 유기 분자의 조합에 따라 전기적 성질을 조절할 수 있는 소재입니다.
            <br>
            <br>특히 전자가 소재 밖으로 빠져나오는 데 필요한 에너지인 '일함수'를 조절할 수 있다는 특징이 있습니다. 일함수는 반도체가 켜지는 전압에도 영향을 주는 만큼, MOF의 구성 성분을 바꾸면 반도체 특성에 맞는 전극을 설계하는 데 활용할 수 있습니다.
           </div>
          </div>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="fb2d181761b70d7efad6f446fcb38c93e843632ccdcdb5bab50d407f564f1deb" dmcf-pid="tmBx9Zae3D" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="2차원 전도성 MOF 박막을 패터닝해 전계효과 트랜지스터의 게이트 전극 등에 적용한 개념도" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/26/551724-22lyJQR/20261026095357942ylux.jpg" data-org-width="439" dmcf-mid="HC2d4Fcn0O" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/26/551724-22lyJQR/20261026095357942ylux.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            2차원 전도성 MOF 박막을 패터닝해 전계효과 트랜지스터의 게이트 전극 등에 적용한 개념도
           </figcaption>
          </figure>
          <div contents-hash="a9bbae1d2d8ce6bf763e85781e29c8a77dfc92d39dc78286b6eac01e8e5bafca" dmcf-pid="Flfi60EouE" dmcf-ptype="general">
           <div>
            <br>◆ 반도체 제조 공정 적용…서로 다른 3종 반도체서 작동
            <br>
            <br>연구팀은 MOF를 실제 반도체 전극으로 활용하기 위해 얇고 균일한 박막을 만드는 기술과 미세한 형태로 가공하는 기술을 개발했습니다.
            <br>
            <br>먼저 기체 상태의 원료를 반응시키는 화학기상증착(CVD) 공정으로 MOF 박막을 제작했습니다. 이후 빛을 이용해 원하는 회로 형태를 만드는 포토리소그래피와 불필요한 부분을 제거하는 식각 기술을 적용했습니다.
            <br>
            <br>가공 과정에서 소재가 손상되는 것을 최소화하기 위해 반응 속도가 서로 다른 두 종류의 식각액을 순차적으로 사용했습니다. 그 결과 가공 이후에도 MOF의 구조와 화학적 상태, 전기전도 특성이 대부분 유지되는 것을 확인했습니다.
            <br>
            <br>연구팀은 제작한 전극을 이황화몰리브덴(MoS₂), 이텔루륨화몰리브덴(MoTe₂), 산화물 반도체(IGZO) 등 서로 다른 3종의 반도체에 적용했습니다. 특히 MoS₂ 반도체에서는 기존 백금 전극과 새롭게 개발한 MOF 전극의 성능을 비교했습니다.
            <br>
            <br>그 결과 전류가 흐르기 시작하는 전압과 전하 이동 특성 등이 유사하게 나타나, MOF 전극도 기존 금속 전극처럼 전류를 조절할 수 있다는 사실을 확인했습니다.
            <br>
            <br>◆ 트랜지스터 23개 모두 정상 작동…1년 보관 후에도 성능 유지
            <br>
            <br>연구팀은 여러 개의 반도체 전극을 동시에 제작할 수 있는지도 검증했습니다. 하나의 기판에 IGZO 트랜지스터 23개를 배치한 뒤 한 번의 미세 패턴 가공으로 전극을 제작한 결과, 23개 모두 정상적으로 작동했습니다.
            <br>
            <br>IGZO 트랜지스터는 게이트 전압을 400회 연속으로 구동한 이후에도 안정적인 성능을 유지했습니다. MoS₂ 트랜지스터 역시 대기 중에서 약 1년 동안 보관한 뒤에도 MOF 게이트 전극의 작동 특성이 유지됐습니다.
            <br>
            <br>이번 성과는 금속과 유기 분자의 조합을 바꿔 전극의 전기적 특성을 설계할 수 있는 차세대 반도체 기술의 가능성을 보여줬다는 평가입니다. 다만 이번 연구는 MOF 전극의 실제 작동과 적용 가능성을 확인한 단계로, 전력 소비 절감 효과가 직접 입증된 것은 아닙니다.
            <br>
            <br>연구팀은 앞으로 다양한 전도성 MOF로 적용 범위를 넓히고, 대면적 박막의 균일성과 미세 가공 정밀도, 공정 재현성 및 장기 신뢰성 등을 추가로 검증할 계획입니다.
           </div>
          </div>
          <p contents-hash="7f6f501402656960d3a3b2cc308b96be91f038e26b85cf1e44ed9182707b76ae" dmcf-pid="3S4nPpDg7k" dmcf-ptype="general">(사진=KAIST) </p>
          <p contents-hash="c97879df303fc3ad6b01c7703a9bb5e1d03b2eb37824a7ed6bf80c593a1610cf" dmcf-pid="0v8LQUwa3c" dmcf-ptype="general">조형준 취재 기자 | brotherjun@tjb.co.kr</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © TJB </p>

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