우리대학 응용물리전공 주민규 교수가 차세대 2차원 광전자재료인 이황화레늄의 높은 반데르발스 층간 독립성으로부터 발생되는 독특한 전자 거동 메커니즘을 정전압 및 저주파 잡음 특성 분석을 통해 새롭게 밝혔다.

이번 연구는 고려대학교 전자공학과 김규태 교수와 공동으로 수행했으며, 연구결과는 재료분야 권위지 Advanced Materials(IF = 21.95)에 지난 12월 13일 게재됐다.

(논문명: Probing Distinctive Electron Conduction in Multilayer Rhenium Disulfide)

비등방 전하 이동성 및 높은 층간 독립성을 갖는 다층 이황화레늄(ReS2)은 최근 차세대 2차원 광전자 재료로 제안되어 많은 연구자들의 관심을 받고 있다. 특별히, 다층 재료의 전하 거동은 높은 층간 저항에 큰 영향을 받을 것으로 예상됐으나, 이를 전기적 특성을 통해 검증한 사례는 극히 드물다.

주 교수 연구팀은 다층 전자재료의 전하 거동 특이점을 확인하기 위해 다른 적층 재료에 비해 큰 층간 저항을 갖는 이황화레늄의 정전압 특성과 저주파 잡음의 수직 전계 의존성을 이용하여 규명하는데 성공했다.

강한 수직 전계에 의한 전자 도핑은 이황화레늄의 전하 거동에 두 번의 전도성 변이를 유도한다. 먼저 연구팀은 사다리 네트워크 저항모델에 토마스-페르미 전하 스크린과 층간 저항의 영향을 더하여 수직 전계 도핑에 따른 전하거동을 전산모사하여, 전하 거동의 중심이동을 증명했다. 수직 전계에 의해 변조된 각 층의 전도도 및 토마스-페르미 전하 스크린 정도는 이황화레늄 하부에 형성된 채널을 상부로 이동하게 만들었으며, 이로 인해 채널의 분리 및 공존을 유도함을 밝혀낼 수 있었다.

대표 연구 결과

더불어, 다층 이황화레늄 재료의 전도성 채널 중심의 이동 및 전하 거동 특성은 저주파 잡음 특성 분석(Low frequency noise spectroscopy, 전하 거동 산란 요소로부터 변조된 신호의 주파수 응답특성을 분석하여 전하 산란 메커니즘을 규명하는 비파괴 탐지 기술)을 통해 더욱 명확하게 검증됐다. 저주파 잡음의 크기는 전하와 주변 전하 산란 요소/트랩/결점들과의 유효 거리에 따라 크기가 변한다. 즉, 전하가 터널링(Tunneling)을 통해 각 쿨롱 산란 결점에 도달하는 유효 길이가 달라짐을 의미한다. 주 교수는 “이번 연구는 저주파 잡음 특성 분석을 통해 얻은 터널링 유효 거리와 채널의 위치 사이의 연관성을 밝혔으며 이황화레늄을 포함한 다층 재료의 전하 거동 특이점을 실험적으로 검증할 수 있었다는 의미를 갖는다”고 설명했다.