보이지 않는 힘 '반데르발스'…차세대 반도체 박막 제어 열쇠로

미국 공동 연구팀이 원자 사이의 미세한 인력인 '반데르발스 힘'을 이용해 반도체 박막의 물리적 특성을 제어하는 기술을 개발했다.

노스캐롤라이나 주립대학교와 플로리다 대학교 등이 참여한 공동 연구팀은 이 같은 내용의 연구 결과를 국제학술지 'ACS 나노'에 발표했다고 8일(현지시간) 밝혔다. 이번 발견은 더 작고 에너지 효율이 높은 차세대 전자기기 개발의 토대가 될 것으로 기대된다.

연구팀은 이황화몰리브덴(MoS₂) 단일층 위에 강유전체 물질인 셀렌화주석(SnSe) 박막을 증착하는 실험을 진행했다. 강유전체는 외부 전기장 없이도 스스로 분극을 유지하는 재료로, 비휘발성 메모리 등에 활용된다.

연구팀은 두 물질의 결정 구조가 거의 일치해 상대적으로 강한 반데르발스 힘이 작용하는 점에 주목했다. 그 결과, 이 힘의 강도가 박막의 두께, 원자 수준의 압축·인장 상태인 '변형', 그리고 내부 분극 방향인 '도메인 구조'에 직접적인 영향을 미친다는 사실을 확인했다.

이는 반데르발스 힘의 세기를 조절하면 박막의 물리적, 전기적 특성을 원하는 대로 설계할 수 있다는 의미다.

인 리우 노스캐롤라이나 주립대 교수는 "이번 발견은 강유전체 박막의 특성을 공학적으로 설계하는 데 반데르발스 힘이 중요한 도구가 될 수 있음을 시사한다"고 설명했다.

또한 연구팀은 이황화몰리브덴을 기판으로 사용했을 때 기존 그래핀 등을 사용한 경우보다 결함이 적고 더 넓은 면적의 고품질 셀렌화주석 박막을 성장시킬 수 있었다고 덧붙였다.