DGIST는 전기전자컴퓨터공학과 권혁준 교수 연구팀이 2D 반도체의 전기적 특성을 빛으로 제어하는 ‘광 도핑’(optical doping) 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
2D 반도체는 원자 몇 층 수준의 얇은 두께에서도 우수한 전기적 특성을 보여 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다. 하지만 표면 결함과 외부 환경 영향에 민감해 원하는 특성을 안정적으로 구현하기 어렵다는 한계가 있었다.
기존 결함 제어 공정은 고온 열처리나 플라즈마, 전자빔 조사 방식 등이 주로 활용됐다. 다만 이 과정에서 소재 손상이나 원하지 않는 영역까지 결함이 발생하는 문제가 지적돼 왔다.
DGIST 전기전자컴퓨터공학과 권혁준(왼쪽) 교수와 김준일 석박사통합과정생.(사진=DGIST)
연구팀은 화학적 불순물을 추가하지 않고도 안정적인 n형 도핑 구현에 성공했으며, 기존 직접 레이저 조사 방식보다 낮은 에너지 조건에서도 정밀 제어가 가능하다는 점을 확인했다.
실험 결과 LAMP 공정을 적용한 단층 MoS₂ 트랜지스터는 공정 전보다 전류(on-current)가 최대 63배 증가했다. 전계효과 이동도는 51배, 전하 밀도는 37배 향상된 것으로 나타났다. 또 장기간 특성이 유지되는 비휘발성 특성도 확인됐다.
반도체 업계에서는 초미세 공정 경쟁이 심화되면서 기존 실리콘 기반 반도체를 대체하거나 보완할 차세대 소재 개발이 핵심 과제로 떠오르고 있다. 특히 2D 반도체는 AI 반도체와 저전력 반도체, 3차원 적층 반도체 분야 핵심 후보군으로 꼽힌다.
다만 상용화를 위해서는 대면적 공정 안정성과 수율 확보, 기존 반도체 공정과의 호환성 검증 등이 추가 과제로 남아 있다는 평가다.
권혁준 교수는 “이번 연구는 단순 성능 향상을 넘어 빛만으로 원자 수준 결함을 원하는 위치에 형성할 수 있는 새로운 결함 제어 플랫폼을 제시했다는 데 의미가 있다”며 “향후 2D 반도체 기반 CMOS와 미래 반도체 공정의 핵심 국소 도핑 기술로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
한편 이번 연구는 김준일 석박사통합과정생이 제1저자로 참여했으며, 연구 성과는 나노 분야 국제학술지 ‘Small’ 2026년 4월호에 게재됐다.
