□ 차세대 반도체 소자 재료로 주목받고 있는 TMDC소재*를 활용해 고품질의 2차원 반도체를 센티미터 면적 단위로 합성할 수 있게 돼 유연(Flexible) 전자소자의 성능 개선 연구에 새로운 계기가 마련될 전망이다. * 전이금속 칼코지나이드계 (TMDC: Transition Metal DiChalcogenides) 소재 : MX2 의 화학식 형태로 표현되는 반도체 화합물. M은 전이금속(주기율표 4-6족, (예)Mo, W), X는 칼코겐 원소(주기율표 6족, (예)S, Se). 2차원 그래핀과 유사한 층상구조를 가지며 제한적 반도체 특성을 보이는 그래핀에 비해 TMDC는 다양한 반도체 소자로 적용하기에 적합한 소재 □ 한국기초과학지원연구원(원장 이광식, 이하 KBSI) 전주센터 정희석 박사 연구팀은 美센트럴플로리다대학교 나노과학기술센터 정연웅 교수팀과 공동연구를 통해 2차원 박막의 대면적 합성기술을 개발하고 유연 전자소자 상용화의 발판을 마련했다. □ TMDC소재는 차세대 반도체 소자 후보물질인 그래핀에 비해 반도체로서의 성능이 뛰어나 최근 실용화를 위한 연구가 활발히 진행되어 왔으며 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 맡았으며, 센트럴플로리다대학교 정연웅 교수팀은 TMDC 합성 및 소자특성 분야를 연구했다. □ 이번 결과는 세계적인 나노분야 학술지인 나노레터(Nano Letters)誌 온라인판(논문명: Centimeter-Scale 2D van der Waals Vertical Heterostructures Integrated on Deformable Substrates Enabled by Gold Sacrificial Layer-Assisted Growth, IF=12.712, 공동교신저자 : 정희석, 정연웅)에 지난 9월 25일 게재되었다. □ 美센트럴플로리다대학교 정연웅 교수는 “이 연구결과는 이황화몰리브덴(MoS2)과 이황화텅스텐(WS2)의 합성 뿐 아니라 다양한 하이브리드 화합물 합성에도 적용할 수 있다"며 "이를 통해 유연 전자소자, 초경량 태양전지, 웨어러블 디바이스, 초고속 · 대용량 메모리 소자 및 고효율 열전소자 구현할 수도 있을 것”이라고 밝혔다. □ 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. ☎ 문의처 : KBSI 전주센터 정희석 선임연구원 (063-711-4528) |