성균관대 김기강·이영희 교수, 스프링거 네이처서 '2차원 반데르발스 층상 반도체' 학술서 출간

성균관대학교는 포스트실리콘 핵심연구지원센터의 김기강 센터장과 이영희 명예교수가 지난달 14일 세계적인 학술 출판 그룹 스프링거 네이처(Springer Nature)에서 차세대 반도체 분야의 최신 연구를 종합한 전문 학술서를 출간했다고 5일 밝혔다.

이번에 출간된 저서는 ‘2차원 반데르발스(vdW) 층상 반도체: 기초, 합성, 소자 및 에너지 변환(2D van der Waals Layered Semiconductors: Fundamentals, Synthesis, Devices and Energy Conversion)’이다. 종이보다 훨씬 얇은 원자 크기 수준의 ‘2차원 층상 반도체’를 다룬다.

2차원 층상 반도체는 원자들이 마치 책장처럼 쌓여 있는 구조로, 각 층은 강한 화학결합이 아닌 ‘반데르발스 힘’이라는 약한 인력으로 느슨하게 연결돼 있어 원자층을 자유롭게 분리하거나 서로 다른 소재를 레고 블록처럼 조합해 쌓을 수 있다는 장점이 있다. 이런 특성으로 기존 실리콘 반도체의 한계를 극복할 차세대 전자·에너지 소재로 주목받는다. 실리콘 반도체보다 빠르고 저전력을 소모하는 전자제품, 인공지능(AI) 반도체, 친환경 에너지 기술을 만들 핵심 재료로 꼽힌다. 하지만 소재를 넓은 면적으로 균일하게 만들고 실제 기기에 적용하는 덴 아직 넘어야 할 기술적 과제들이 남아 있다.

이번 저서는 이런 한계를 해결하기 위한 기초 과학 원리부터 소재를 합성하고 소자로 만드는 기술, 이를 에너지 장치에 응용하는 방법까지 체계적으로 다룬다.

책은 총 9개 장으로 구성됐다. 2차원 반도체를 만드는 기초 합성법부터 AI 뇌를 닮은 ‘뉴로모픽 컴퓨팅’, 빛과 전기를 이용한 태양전지와 에너지 변환 기술까지 서술한다. 각 장은 핵심 원리와 함께 앞으로 과학·산업계가 풀어야 할 과제와 미래 전망도 제시한다.

이 책은 물리학·화학·재료공학·전자공학 등 여러 학문 분야에 걸친 연구 성과를 한 권으로 집약했다는 점에서 가치가 크다. 차세대 반도체와 에너지 기술을 연구하는 과학자는 물론, 관련 분야를 공부하는 학생에게도 지침서가 될 전망이다.

김기강 교수는 “2차원 반데르발스 소재는 미래의 초고속 컴퓨터와 지속 가능한 에너지 시스템을 이끌어갈 핵심 바탕”이라며 “이번 저서가 급격히 발전하는 반도체 연구를 종합적으로 이해하고, 다양한 학문이 서로 협력해 새로운 기술을 만들어내는 계기가 되길 바란다”고 말했다.

이영희 명예교수는 저차원 양자소재와 2D 소재 분야의 권위자로, 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단장을 역임했으며 현재 중국 후베이공업대 저차원양자소재연구소장을 맡고 있다.

김기강 교수는 성균관대 에너지과학과 교수로, 탄소나노튜브·그래핀·전이금속 칼코겐화합물(TMD) 등 차세대 저차원 소재의 성장·합성과 전자·에너지 소자 응용 연구를 수행하고 있다.

이번 출간은 교육부 기초과학연구역량강화사업과 한국기초과학지원연구원(KBSI)의 지원을 받아 이뤄졌다.