2025.0717
김영덕 교수 연구팀 논문 Nanoscale 저널 표지 선정 - 액체금속 '필즈메탈'로 컨택 저항 낮추는 연구
▶ Nanoscale 논문의 Front cover로 선정된 해당 연구의 이미지
경희대 물리학과 김영덕 교수 연구팀이 액체금속 '필즈메탈'의 자가전파 현상을 이용해 2차원 반도체의 전기적 성능을 개선하는 새로운 연구 성과를 발표하였다. 이번 연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지 Nanoscale (IF = 5.1)에 출판되었으며, 해당 논문의 이미지가 저널의 전면 커버로 선정되었다. K. Han and H. Lee et al., Nanoscale 17, 16223 (2025).
(https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/nr/d4nr03845b)
이번 연구의 핵심은 이 자가전파 기술을 활용해 2차원 반도체의 ‘컨택 저항’을 낮추는 것이다. 최근 양자컴퓨팅과 AI 기술의 급속한 발전에 따라, 반도체 소자의 소형화 및 효율화가 중요한 과제로 떠오르고 있다. 특히 2차원 반도체는 뛰어난 물리적 특성을 가지고 있음에도 불구하고, 전극과의 접촉 면에서 발생하는 터널링 배리어로 인해 높은 컨택 저항이라는 문제가 상용화의 큰 장벽으로 지적되어 왔다.
연구팀이 주목한 필즈메탈은 녹는점이 약 62℃로 매우 낮은 액체금속이다. 연구에 따르면, 이 물질을 금속 전극 위에 바르고 열을 가하면 전극의 형상을 따라 액체금속이 스스로 퍼져 나가는 ‘자가전파’ 현상이 발생한다. 이를 통해 기존 전극과 동일한 모양의 액체금속 전극을 간편하게 형성할 수 있다.
이에 연구진은 2차원 반도체 물질인 WSe2 (텅스텐 셀레나이드)에 크롬과 금으로 이루어진 전극을 형성하고, 해당 전극에 필즈메탈을 발라서 어닐링을 진행하였다. 일정 온도 이상에서 자가전파 현상이 발생하면서, 액체금속이 기존 전극 구조를 따라 정밀하게 확산되며 새로운 전극을 형성했다.
전기적 특성 분석 결과, 자가전파로 형성된 액체금속 전극은 기존 금속 전극에 비해 전기 저항이 크게 줄고, 컨택 저항 또한 현저히 낮아졌으며, 전하 모빌리티도 향상된 것으로 나타났다. 특히 이번 연구는 정밀도 면에서도 주목받고 있다. 연구진은 자가전파 현상을 통해 약 200nm 크기의 아주 작고 정교한 전극을 구현하는 것에 성공했다. 이는 기존의 몰딩을 이용한 방법 (~ 2um), 인젝션 (~ 10um), 프린팅 (~100um)보다 매우 뛰어난 해상도이다. 이번 연구는 복잡한 공정 없이도 2차원 반도체의 전기적 성능을 향상시킬 수 있는 간단하면서도 효과적인 기술적 해법을 제시한 것이다. 특히, 액체금속의 특성을 활용해 전극을 형성하는 방식은 휘거나 구부러질 수 있는 플렉서블 및 웨어러블 전자소자에 적용할 수 있는 가능성을 보여준다. 또한 해당 기술은 차세대 반도체 산업의 핵심으로 떠오르고 있는 양자컴퓨터나 인공지능 개발에도 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구는 김영덕 교수가 교신저자로 참여했으며, 한광희 박사과정 학생과 이희연 박사과정 학생이 주저자로 참여하였다.
▶ 필즈 메탈의 자가전파 현상을 이용하기 전과 후의 WSe2 소자 이미지
▶ 필즈 메탈 전극이 형성된 후 터널링 배리어를 낮추어 전기적 성능이 개선된 측정 결과
