IBS, 멤브레인 반도체 최초 3D 구현…양자컴퓨터 활용 가능

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원자 두께 유연 박막 반도체를 돌기 돋은 3차원 형태로 구현하는 기술이 개발됐다. 향후 연구에 따라 양자컴퓨터 메모리소자로도 활용할 수 있을 전망이다.

기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 조문호 원자제어 저차원전자계 연구단 부연구단장(포스텍 교수)이 이끄는 연구팀이 돌기를 지닌 '멤브레인' 반도체 신소재를 개발했다고 28일 밝혔다.

입체 돌기 형태 멤브레인 반도체 모식도와 전자현미경 이미지
<입체 돌기 형태 멤브레인 반도체 모식도와 전자현미경 이미지>

멤브레인 반도체는 실리콘 기판에서 분리한 2차원 반도체 막이다. 두께가 거의 없고 전기전도도가 높다. 유연성도 갖춰 첨단전자기술 구현에 꼭 필요한 요소다. 그러나 현재 균일한 평면 형태로만 합성할 수 있다는 한계가 있다. 굴곡 부분이 찢어지거나 구겨지기 쉬워 이를 상용화가 어려웠다.

연구팀은 이런 멤브레인 반도체에 나노미터(㎚) 크기 돌기를 규칙 정렬하는데 성공했다. 10㎚ 돌기를 정렬한 기판에 소재를 증착시키는 방법을 썼다. 이황화몰리브덴을 24시간가량 천천히 증착시켜 두께가 균일한 3차원 멤브레인 반도체를 형성했다. 이 경우 기판과 약하게 결합하는 이황화몰리브덴 특성으로 인해 새로운 기판이나 플라스틱, 피부 등에도 쉽게 붙였다 떼어낼 수 있다.

연구팀은 입체 구조를 구현한 멤브레인 반도체에 다양한 기능을 담을 수 있다고 밝혔다. 특히 양자컴퓨터 기술로 활용 가능하다는 것에 주목하고 있다.

관련 논문 제1저자인 진강태 연구원
<관련 논문 제1저자인 진강태 연구원>

반도체는 굴곡을 가했을 때 '단일 광자'를 방출하는 것으로 알려져 있다. 단일 광자는 물질이 빛을 받아 에너지상태가 변화하면서 방출하는 동일 특성 광자다. 양자컴퓨터 정보 저장 단위인 '큐빗' 후보다. 멤브레인 반도체에 굴곡을 부여하는 것으로, 여기서 방출되는 광자에 양자 정보를 담을 가능성을 얻었다는 설명이다.

조문호 부연구단장은 “개발 멤브레인 반도체는 광자가 나오는 지점을 조절하는 연구에 활용할 수 있다”며 “향후 양자컴퓨팅 소자 기술로 연결시킬 수 있다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com