2차원 소재 개발과 전자소자 응용 연구에 새로운 지평
[아산=뉴스프리존]김형태 기자=호서대학교 전자 및 디스플레이공학부 최운섭 교수팀이 반도체와 디스플레이산업 최신 기술인 2차원 소재를 대면적으로 합성해 원자층을 형성하는 기술을 세계 처음으로 개발했다.
18일 호서대에 따르면 이번 기술을 이용하면 2차원 소재를 인쇄공정에 적용해 원하는 패턴을 만들어 이를 전자소자로 제작할 수 있게 돼 2차원 소재 연구와 응용에 새로운 장을 열었다.
이번 연구는 한국연구재단 지원으로 수행됐고 공학재료분야 JCR 상위 저널이자 Nature 자매지인 npj 2D Materials and Applications 온라인판에 9월11일자에 게재됐다. (논문명: Bottom-up water-based solution synthesis for a large MoS2 atomic layer for thin-film transistor applications, 공동저자: Y.J. Kwack, T.T.T. Can)
연구책임자인 최운섭 교수는 “본 연구는 2차원 소재를 합성하는 방법으로 기존 화학기상증착기(CVD)를 사용하지 않고 수용성인 전구체를 사용해 2차원 소재를 대면적으로 합성하는 기술을 최초로 개발한 것”이라며 “기존 기술로는 불가능한 printing 기술을 2차원 소재에 적용해 다양한 원자층으로 형성했고 트랜지스터(TFT)에 적용해 우수한 전기적 특성을 확보한 것이 핵심”이라고 말했다.
기존 2차원 소재를 합성하는 방법은 석영관에 황을 첨가 첨가해 고온으로 반응시키는 CVD를 이용한 방법이 가장 많이 사용되고 있다. 이 경우에는 2차원 소재 내의 황 성분과 원자층 두께를 조절하기 어렵고, 또한 패턴형성을 위한 추가적인 후 공정이 필요하다.
최 교수 연구팀은 2차원 소재 수용성 전구체와 황을 첨가해 새로운 용액(sulfur-rich solution)을 만들고, 이것으로 박막을 형성시킨 후에, 이 박막을 열처리에 의하여 2차원 소재로 변환하는데 성공한 것이다. 이때 용매로 물을 사용하여 친환경적인 공정이 가능하게 하였다. 본 연구로 2차원 소재를 용액공정으로 원자층 두께를 다양하게 조절하며 합성할 수 있고, 또한 4 inch 이상의 대면적으로도 제작될 수 있음을 증명했다.
이번 연구 결과는 2차원 소재의 친환경 공정 개발과 전자소자 응용 연구에 새로운 지평을 열 수 있는 와해성 기술로서 향후 대한민국 반도체와 디스플레이산업에 초석이 될 것으로 전망하고 있다.