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국내서 세계 최초 3차원 원자층 반도체 개발..'거북선 지붕' 구조

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IBS, 멤브레인 반도체 첫 3차원 구현
원자층 반도체에 균일한 돌기 만들어
양자컴퓨터 ‘큐빗’ 소자 가능성 모색

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 거북선의 지붕처럼 오돌토돌 정교한 가시가 돋친 새로운 구조의 반도체 소자가 개발됐다. 향후 양자컴퓨터의 메모리소자로 활용될 가능성이 기대된다.

28일 기초과학연구원(IBS·원장 김두철)에 따르면 IBS 원자제어 저차원 전자계 연구단 조문호 부연구단장(포스텍 신소재공학과 무은재 석좌교수) 연구팀은 원자 두께 반도체 표면에 돌기가 돋은 형태의 신소재를 개발했다.

연구결과는 세계적인 학술지인 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 지난 27일자 온라인판에 게재됐다.

멤브레인반도체의 전자현미경 이미지 [자료=IBS]

두께가 거의 없는 2차원 반도체는 투명하고 전기전도도가 높아 차세대 초소형·저전력 전자기술의 후보로 꼽힌다. 2차원 반도체를 실리콘 기판에서 분리하면 유연한 막이 되는데 이를 ‘멤브레인(membrane) 반도체’라고 부른다. 맴브레인 반도체란 2차원 반도체가 기판에서 분리된 상태의 막(membrane)처럼 얇고 유연한 반도체를 가리킨다.

더욱이 2차원 반도체를 접거나 구부려 입체감을 부여할 경우 기존과는 다른 독특한 성질이 나타난다. 하지만 지금까지 2차원 반도체의 균일한 대(大)면적 합성은 평면 형태로만 가능했다. 극도로 얇은 두께로 인해 굴곡 부분이 찢어지거나 구겨져 불완전했기 때문이다.

연구진은 멤브레인 반도체를 입체 구조로 만들기 위한 연구를 진행했다. 우선 10nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 크기의 바늘모양 돌기들이 규칙적으로 정렬된 지름 4인치 크기 기판을 제작했다. 그 위에 유기금속화학증착법을 이용해 24시간가량 천천히 이황화몰리브덴(MoS2)을 증착시켰다.

그 결과 몰리브덴(Mo) 원자 1개와 황(S) 원자 2개가 정확히 층을 이루어 균일한 두께로, 기판 위에 대면적 멤브레인 반도체를 만드는 데 성공했다. 2차원 반도체의 X-Y축 평면에 Z축 성분인 돌기를 더해 3차원이 된 것인데, 이는 세계 최초의 3차원 원자층 반도체다. 원자층 반도체에 3차원으로 기하적 변형을 가하면 새로운 기능을 부여할 수 있어 효용이 크다.

연구진은 개발한 3차원 멤브레인 반도체를 양자컴퓨터 기술로 발전시킬 가능성을 탐색하고 있다. 반도체에 굴곡을 가하면 단일 광자가 나오는 것으로 알려져 있는데, 단일 광자는 양자컴퓨터의 정보 저장 단위인 큐빗(qubit)의 후보 중 하나다. 광자의 성질에 따라 양자 정보를 담을 수 있기 때문이다. 큐빗이란 양자컴퓨터에서 정보의 기본 단위다.

개발된 반도체는 접착메모지처럼 간단히 떼었다 붙였다 할 수 있는 것도 장점이다. 보통 증착 방식으로 만든 반도체는 실리콘 기판과 강한 결합을 이루고 있기 때문에 산성약품을 이용해 떼어내는 것이 일반적이다. 하지만, 연구진이 사용한 이황화몰리브덴(MoS2)은 기판과 약하게 결합하기 때문에 간단히 물에 담가 기판에서 떼어낼 수 있다. 떼어낸 멤브레인 반도체는 새로운 기판이나 플라스틱, 인체 피부 등 다양한 표면에 붙일 수 있다.

교신저자인 조문호 부연구단장은 “구조적으로 변형이 일어난 반도체에서 단일 광자가 나온다는 보고가 있었지만, 어디서 어떻게 나오는지에 대해서는 알려진 바 없다”며 “개발한 멤브레인 반도체는 광자가 나오는 지점을 조절하는 연구에 쓰일 수 있어 향후 양자컴퓨팅 소자 기술로도 연결될 수 있다”고 말했다.

 

kimys@newspim.com

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새 주인 찾는 홈플러스, 희망퇴직 카드 꺼냈다 [서울=뉴스핌] 남라다 기자 = 홈플러스가 경영 정상화를 위한 인력 구조조정에 나섰다.  7일 유통업계에 따르면 홈플러스는 이날 마트노조 홈플러스지부와 홈플러스 일반노조에 희망퇴직 시행 관련 공문을 발송했다. 신청 기간은 이날부터 오는 22일까지다. 퇴직일은 이달 31일이며, 회사는 퇴직금을 다음달 14일까지 지급하겠다고 밝혔다. 홈플러스. [사진 = 뉴스핌DB] 홈플러스는 앞서 지난달 15일 각 노조와 만나 경영 상황을 설명하고 정상화 방안의 하나로 희망퇴직을 언급했다. 이번 희망퇴직은 매출 부진과 대형마트 사업 매각의 어려움이 이어지는 가운데 추진됐다. 홈플러스는 최근 매출이 당초 예상에 미치지 못하고, 대형마트 부문 매각 의향자 확보에도 난항을 겪는 것으로 알려졌다. 홈플러스 관계자는 "회생계획안 인가 이후 경영 정상화에 힘쓰고 있으며, 구조혁신을 통해 전반적인 영업환경을 안정시키는 데 집중하겠다"고 말했다.  nrd@newspim.com 2026-10-07 13:39
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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