차세대 반도체 소자 재료로 주목받고 있는 전이금속 칼코지나이드계(TMDC·Transition Metal DiChalcogenides) 소재를 활용해 고품질의 2차원 반도체를 센티미터 면적 단위로 합성할 수 있게 돼 유연(Flexible) 전자소자의 성능 개선 연구에 새로운 계기가 마련될 전망이다.
한국기초과학지원연구원(KBSI)은 전주센터 정희석 박사 연구팀이 미 센트럴플로리다대 나노과학기술센터 정연웅 교수팀과 공동연구를 통해 2차원 박막의 대면적 합성기술을 개발하고 유연 전자소자 상용화의 발판을 마련했다고 16일 밝혔다.
TMDC소재는 차세대 반도체 소자 후보물질인 그래핀에 비해 반도체로서의 성능이 뛰어나 최근 실용화를 위한 연구가 활발히 진행돼 왔고 상업적 활용을 위해 대면적으로 고품질 반도체 박막을 생산하는 기술이 필요했다.
하지만 원자 몇 개 층에 해당하는 수 나노미터(나노미터·10억분의 1미터) 두께의 소재를 효과적으로 박리(剝離)해 원하는 크기와 성능의 유연 전자소자를 제작하는데 어려움을 겪어왔다.
연구팀은 금(金) 박막을 입힌 기판위에 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2) 및 이황화몰리브덴/이황화텅스텐 이종구조의 TMDC 박막을 합성한 뒤 금박막의 접합력을 저하시키는 용매를 활용해 TMDC 박막을 분리하는데 성공했다.
분리된 TMDC 박막은 플라스틱 및 금속 기판에서 반도체 소자로서의 성능이 확인 돼 대면적의 고품질 전자소자 박막으로서 다양한 활용을 기대할 수 있게 됐다.
KBSI 정희석 박사팀은 TMDC 소자의 구조 및 화학 분석분야를 맡았고 센트럴플로리다대 정연웅 교수팀은 TMDC 합성 및 소자특성 분야를 연구했다.
이번 결과는 세계적인 나노분야 학술지인 나노레터(Nano Letters)지 온라인판에 지난달 25일 게재됐다.
KBSI 전주센터 정희석 박사는 “이번 연구에 100억분의 1미터를 분석할 수 있는 KBSI 수차보정 투과전자현미경의 공이 컸다”며 “첨단연구장비와 우수연구인력이 차세대 반도체 전자소자 시대로의 길을 여는데 우수한 연구 동반자임을 다시 한 번 확인한 결과”라고 밝혔다.
/대전=박희윤기자 hypark@sedaily.com
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