후처리 필요없는 초박막 전자소자 만든다(05.07)

국내 연구진, 이황화몰리브덴 이용 소자기술 개발

"대면적 균일도 확보…초박막 반도체 가능성 높여"

▲ 이황화몰리브덴을 이용한 전자소자의 제작 개략도(a)와 실제 실험에 사용된 세라믹 마스크와 실제 소자 사진(b). ⓒ 2014 HelloDD.com

국내 연구진이 이황화몰리브덴을 활용, 반도체 특성을 갖는 초박막 전자소자를 개발했다. 향후 전자기기 등에 광범위하게 활용될 초소형 전자소자 개발로 이어질 것으로 기대된다.

미래창조과학부(장관 최문기)는 이탁희 서울대 물리천문학부 교수가 주도한 국내 연구진이 0.65 나노미터 두께의 반도체 전자소자 제작에 성공했다고 7일 밝혔다.

연구팀에는 박완서 서울대 물리천문학부 박사과정 연구원, 백제윤 포항가속기연구소 박사, 신현준 포스텍 교수 등이 참여했으며, 관련 결과는 나노분야 국제학술지 'ACS Nano' 온라인판 4월 14일자에 실렸다.

이황화몰리브덴은 몰리브데늄과 황이 결합해 이뤄진 물질로, 두께가 100억분의 6.5 미터에 불과한 층상구조를 가져 박막 제작에 유리한데다 그래핀에는 없는 반도체 특성도 지니고 있어 주목받고 있다.

덩어리에서 조각을 얻는 방식의 한계를 극복한 화학기상증착법으로 이황화몰리브덴을 얻어내고 있지만 한 발 더 나아가 선택적으로 원하는 곳에만 이황화몰리브덴을 분포시키는 제작 기술은 아직 활성화되지 못했다.

이번 성과가 더욱 주목받는 이유기도 하다. 연구팀은 화학기상증착법을 이용, 0.65 나노미터 두께의 이황화몰리브덴을 기판 위에 수 센티미터 면적으로 성장시켜 전자소자화를 위한 제작기술을 개발했다.

특히 평면에 넓게 성장된 물질을 깎아내는 후처리 과정을 생략해 높은 순도의 이황화몰리브덴을 얻을 수 있고, 고유한 반도체 특성도 잘 유지할 수 있다는 것이 장점이다. 이황화몰리브덴의 화학적 조성 분석을 통한 고순도 확인은 포항가속기연구소가 담당했다.

이 기술의 핵심은 섀도우마스크를 이용한 '선택적 증착'이다. 원하는 곳에, 원하는 모양으로 이황화몰리브덴을 분포시킬 수 있다. 원하는 모양으로 제작할 수 있다는 것은 한 번에 다량의 전자소자를 쉽게 제작할 수 있다는 뜻과 같다.

이탁희 교수는 "최근 원자 수준의 얇은 막에 대한 연구가 다양한 전자소자로의 적용 가능성 때문에 각광받고 있다"면서 "그래핀이 전세계적으로 활발하게 연구되고 있지만, 반도체 특성이 없기 때문에 실용성에서 한계를 보이고 있다. 이황화몰리브덴은 그래핀 처럼 원자층상구조이면서 반도체 특성이 있어 연구를 시작했다"고 연구를 시작한 계기를 설명했다.

이 교수는 이어 "이황화몰리브덴의 화학적 조성을 직접 관찰했고, 후처리가 필요 없는 간편한 패터닝 기법으로 전자소자를 제작한 결과"라며 "향후 매우 얇은 반도체 소재의 전기적 특성 연구와 소자개발에 새롭고 간편한 방식을 제시한 것"이라고 의미를 부여했다.

▲ 이황화몰리브덴 단일층을 이용해 개발한 트랜지스터 소자.ⓒ 2014 HelloDD.com