[ 시티저널 허송빈 기자 ] KAIST 전기·전자공학부 김용훈 교수 연구팀이 저차원 페로브스카이트 나노 소재의 새 물성을 밝히고, 이를 이용한 새로운 비선형 소자 구현 방법을 제시했다.

연구팀은 최근 태양 전지, 발광 다이오드(LED) 등 광소자 응용의 핵심 요소로 주목받는 페로브스카이트 나노 소재가 차세대 전자 소자 구현에도 유망함을 증명했다.

또 초절전, 다진법 전자 소자 구현에 필요한 부성 미분 저항 소자를 구현하는 새로운 이론적 청사진을 제시했다.

유무기 하이브리드 할로겐화 페로브스카이트 물질은 우수한 광학적 성능 뿐만 아니라 저비용의 간편한 공정으로 제작할 수 있어 최근 태양 전지와 LED 등 다양한 광소자 응용 분야에서 주목받고 있다.

그러나 할로겐화 페로브스카이트의 전자 소자 응용 연구는 세계적으로도 아직 부족한 상황이다.

김 교수 연구팀은 최근 새롭게 제조 기술이 개발되고, 양자 효과가 극대화되는 특성이 있는 저차원 유무기 할로겐화 페로브스카이트 물질에 주목했다.

연구팀은 수퍼 컴퓨터를 활용해 우선 1차원 페로브스카이트 나노선의 유기물을 벗겨내면, 기존에 보고되지 않은 준 금속성 특성을 발현할 수 있다는 것을 발견했다.

이 1차원 무기 틀을 전극으로 활용해 단일 페로브스카이트 나노선 기반의 터널링 접합 소자를 제작하면 매우 우수한 비선형 부성 미분 저항(NDR) 소자를 구현할 수 있음을 확인했다.

부성 미분 저항은 일반적인 특성과는 반대로 특정 구간에서 전압이 증가할 때 전류는 오히려 감소해 전류-전압 특성 곡성이 마치 알파벳의 N 모양처럼 비선형적으로 나타나는 현상을 말한다.

차세대 소자 개발의 원천 기술이 되는 매우 중요한 특성이다.

연구팀은 이 부성 미분 저항 특성이 기존에 보고된 바 없는 양자 역학적 혼성화(quantum-mechanical hybridization)에 기반을 둔 새로운 부성 미분 저항 원리에 기반함을 밝혀내기도 했다.

또 저차원 할로겐화 페로브스카이트의 새로운 구조적, 전기적 특성을 규명했을 뿐 아니라 페로브스카이트 기반의 터널링 소자를 이용하면 획기적으로 향상된 부성 미분 저항 소자 특성을 유도할 수 있음을 증명했다.

무하메드 칸(Muhammad Ejaz Khan) 박사 후 연구원과 이주호 박사 과정이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 1월 7일자 온라인판에 게재됐고, 표지 논문으로 선정돼 출간 예정이다.