감마선 조사 실험 중인 트랜지스터. 방사선 측정용 보드 가운데 트랜지스터를 부착했다. /사진=한국원자력연구원
한국원자력연구원(이하 원자력연)은 한국재료연구원(이하 재료연)과 공동연구를 통해 2차원 나노소재인 '이황화몰리브덴(MoS2)' 기반 반도체에 방사선의 일종인 감마선을 조사(照射)했을 때 나타나는 전기적 특성 변화와 그 메커니즘을 규명했다고 25일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '나노 머티리얼즈' 8월호 표지논문으로 실렸다.
그 결과, 감마선 조사량이 늘수록 트랜지스터에 전류가 흐르기 위한 최소 전압인 '문턱전압'이 높아졌다. 동시에 전류는 줄어들어, 반도체에 오류가 생길 수 있는 특이 현상이 관찰됐다.
연구팀은 "반도체 내부의 경계면 및 제작공정에서 발생한 공기층과 연계돼 방사선으로 인한 반도체 고장이 발생할 수 있다는 사실을 제시했다"며 "방사선을 견디는(내방사선) 반도체 기술 개발을 위한 중요한 정보가 될 것"이라고 의의를 밝혔다.
연구팀은 향후 방사선을 잘 견디는 특성을 가진 반도체 소자를 개발할 계획이다. 정병엽 원자력연 첨단방사선연구소장은 "나노소재를 이용한 내방사선 반도체 기술 개발은 아직 초기 단계"라며 "방사선으로 인해 화학적, 물리적 성질이 나빠지는 현상의 근본적 원인을 밝힐 수 있도록 노력하겠다"고 했다.
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한편 이번 연구는 산업통상자원부 K-센서기술개발사업과 산업기술혁신사업의 지원으로 수행됐다.