차세대 반도체 소재합성 기술 개발(02.11)

IBS 나노구조물리연구단, 이황화몰리브데늄 원하는 위치 단일층 합성

길애경 기자 kilpaper@hellodd.com

 

 

 

국내외연구팀이 이황화몰리브데늄을 원하는 위치에 단일층으로 합성하는 기술을 개발하는데 성공했다. 이를 활용한 차세대 반도체 소재 응용연구가 활발해질 전망이다.

 

IBS(기초과학연구원·원장 김두철)은 나노구조물리연구단(단장 이영희·성균관대 물리학과 교수) 연구팀이 산화몰리브데늄을 기판에 배열하고 확산촉진제를 증착해 단일층의 이황화몰리데늄막을 원하는 위치에 합성하는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

 

이황화몰리브데늄은 원자 수준의 얇은 막으로 차세대 나노소재로 각광을 받고 있는 물질이다. 구조적으로 그래핀과 유사하나 자체적인 에너지 밴드갭이 있어 반도체 특성이 뚜렷하다. 특히 반도체성으로 향후 태양전지, 휘는 디스플레이, 투명 전자소자 등 다양한 광·전자소자 영역에 응용될 것으로 예상된다.

 

이를 활용하기 위해 지금까지 시도된 연구로는 금속을 박막형태로 증착한 후 황을 첨가시켜 합성하는 방법과 금속산화물인 산화몰리브데늄과 고체형태의 황을 동시에 기화시켜 기판에 증착하는 방법이 대표적이다.

 

하지만 전자는 원하는 위치에 합성은 가능하지만 물질 확산이 제한적이다. 후자는 양질의 막을 형성할 수 있으나 원하는 위치에 합성하는 것이 불가능하다는 단점이 있었다.

 

연구팀은 원하는 위치에 씨앗이 될 수 있는 산화몰리브데늄을 기판에 배열하고 확산을 쉽게하는 촉진제를 증착해 단일층의 이황화몰리브데늄을 합성하는데 성공했다. 연구팀이 이황화몰리브데늄 합성 중 양립할 수 없었던 한계를 극복한 셈이다.

 

이번 성과는 기존 물질 합성 방식의 한계를 뛰어넘었다는 점과 반도체 산업의 핵심기술인 양질의 물질을 원하는 위치에 합성할 수 있는 방법론을 제시했다는데 큰 의미가 있다.

 

IBS 나노구조물리연구단과 미국 펜실베이니아대학교의 공동연구로 수행된 이번 연구결과는 과학기술분야의 권위지인 네이처 커뮤니케이션즈5)(Nature Communications, IF 10.742)온라인에 지난달 28일 게재됐다. (논문제목) 위치 결정 가능한 단일층 MoS2 의 합성 (Seeded Growth of Highly Crystalline Molybdenum Disulphide Monolayers at Controlled Locations), (1저자, 교신저자) 한강희 IBS 나노구조물리연구단 연구원, (공동저자) 이시영 연구원, 이영희 IBS 나노구조물리연구단장(성균관대학교 에너지과학과, 물리학과 교수), (공동연구기관) (美)Charlie Johnson group, University of Pennsylvania (Penn).

 

이영희 단장은 "이번연구는 양질의 층상구조물질을 원하는 위치에 직접적으로 합성할 수 있는 기술을 처음으로 개발한 연구"라며 "초기단계의 칼코겐화 물질 연구에 있어 확장이 가능한 중요한 사례"라고 강조했다.