[연구자명]

이병훈(지도교수), 김민재, 반준호, 신의관, 이경수, 전재현, 이해원 

[연구제목]

Thickness-Modulated Band Engineering for Low-Resistance Contacts in Ultrathin Tellurium Transistors

[연구내용 요약]

본 연구는 단순한 접촉 금속 소재의 변경에만 의존하여 접촉 저항을 낮추려던 기존 방식의 한계에 주목하였다. 기존 접근법으로는 얇은 반도체 두께에서 필연적으로 발생하는 높은 전하 주입 장벽 문제를 근본적으로 해결하기 어려워, 소자 성능을 끌어올리는 데 뚜렷한 제약이 있었다.

이를 해결하기 위해 연구진은 전극 부위의 반도체 두께만을 선택적으로 증가시키는 '융기된 소스/드레인(Raised Source/Drain, RSD)' 구조를 초박막 텔루륨(Te) 트랜지스터에 도입하였다. 텔루륨은 두께가 두꺼워질수록 밴드갭이 좁아지는 특성이 있는데, 연구진은 이 점을 적극 활용했다. 실제 전기가 지나가는 채널 영역은 4 nm 수준의 초박막으로 유지해 반도체의 우수한 특성을 보존하면서도, 금속 전극과 맞닿는 부분의 밴드갭만 국소적으로 줄여 전하 주입을 원활하게 만든 것이다.

[성과와 관련된 이미지 및 설명]

본 그림은 초박막 텔루륨 트랜지스터에 '융기된 소스/드레인(RSD)' 구조를 도입했을 때 소자의 물리적 형태와 전류 흐름, 그리고 전기적 성능이 어떻게 향상되는지를 직관적으로 보여준다.

• RSD 구조가 없는 일반 소자의 경우: 금속 전극과 맞닿는 텔루륨 반도체가 중앙의 채널 영역과 동일하게 매우 얇아 비교적 밴드갭을 가진다. 이로 인해 높은 전하 주입 장벽이 형성되어 전자가 전극에서 반도체로 원활하게 넘어가지 못하며, 결과적으로 온(On) 전류가 낮고 높은 접촉 저항을 띠게 된다 (우측 그래프의 검정색 실선 및 하단 단면도 참조).

[연구결과의 진행 상태 및 향후 계획]

본 연구에서는 텔루륨 반도체의 두께에 따른 밴드갭 변화 특성을 활용하여 '융기된 소스/드레인(RSD)' 구조를 최초로 도입함으로써, 전하 주입 장벽을 낮추고 접촉 저항을 획기적으로 개선하는 데 성공하였다. 이를 바탕으로 현재는 우수한 p형 특성을 지닌 본 초박막 텔루륨 소자의 단일 성능 최적화를 넘어, 상보형 금속산화물반도체(CMOS) 로직 회로 등 차세대 집적회로로 적용 범위를 넓혀 실질적인 시스템 단위의 성능 향상을 목표로 후속 연구를 진행 중이다.