미래형 웨어러블 전자기기나, 투명 디스플레이 등을 구현하기 위해 휘어지고 늘어나면서도 성능은 뛰어난 전자소자 개발이 필수다. 

IBS(기초과학연구원·원장 김두철) 나노구조물리연구단(단장 이영희) 연구팀은 성균관대학교와 공동으로 흑린을 이용해 새로운 2차원 반도체 소재를 발굴하는 데 성공했고, 흑린이 2차원 반도체 소재 중 전자이동도가 가장 큰 물질이라는 점도 최초로 밝혀냈다.

차세대 전자소자를 만들 소재로 그래핀과 이황화몰리브덴 등 2차원 물질이 주목을 받았지만, 최근 흑린이 새롭게 떠오르고 있다.

흑린을 박막으로 변환해 반도체 소자에 적용하려는 연구가 진행됐지만, 공기와의 반응 속도가 빠르고 성질이 불안정해 반도체 성질을 갖도록 제어하기 어려워 한계에 부딪혀왔다.

연구팀은 알루미늄을 접합금속으로 사용해 흑린의 두께를 조절하고 물성을 제어하는 데 성공했다. 이를 통해 흑린으로 고성능 N형(전자 제어) 반도체를 구현했다.

이어 연구팀은 흑린의 박막 두께가 두꺼워지면 N형뿐만 아닌 P형(정공 제어)도 가능한 N-P 접합형 반도체를 구현할 수 있음을 증명했다. 또한 흑린 반도체가 기존 실리콘 반도체에 비해 전자이동도가 훨씬 빠르다는 점을 확인했다. 

이영희 단장은 "실리콘처럼 아주 흔한 물질인 흑린을 새로운 2차원 나노물질 박막 소재로 쓸 수 있음을 보여줬다"며 "앞으로 대면적 합성 기술 개발이 실용화의 관건이 될 것"이라고 설명했다.

한편, 이번 연구는 세계 권위의 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 온라인에 7월 30일 자로 게재됐다.