[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 성균관대학교 신소재공학과 강주훈 교수팀이 실리콘 반도체의 한계를 극복할 수 있는 2차원 소재를 잉크 형태로 만들어 고성능·저전력의 반도체 소자를 개발했다고 10일 밝혔다.
기존에는 수 나노미터 두께의 아주 얇은 2차원 소재를 얻기 위해 광물에 스카치테이프를 붙였다 떼어내는 방식이 주로 이용됐다.
하지만 균일한 박리효과를 기대할 수 없어 생산효율이 떨어지고 형성된 2차원 소재의 면적이 수십~수백 제곱 마이크로 미터(micrometer2)에 불과한 한계가 있다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 다양한 광물의 원자층 사이에 분자를 침투시키는 방식으로 도체, 반도체, 부도체 특성을 갖는 2차원 소재 잉크를 합성하고 이를 기반으로 웨이퍼단위(wafer-scale)의 다양한 반도체 소자를 블럭을 조립하듯이 구현할 수 있는 방식을 개발했다.
연구과정을 보면 전기화학반응을 통해 광물에 기능성 분자를 침투시켜 원자층 사이의 간격을 넓힌 뒤 알콜 용매에 넣고 약한 초음파를 가하여 나노시트로 분리시키는 방식을 고안했다.
또 대량으로 합성된 고품질 잉크에 포함된 2차원 소재를 블록처럼 조립하는 방법을 통해 웨이퍼단위의 균일한 2차원 소재 필름으로 제작했다.
이 과정에서 잉크를 이용해 기존에 비해 소자 특성 및 균일도가 크게 향상되고 구동전압이 매우 낮은 대면적 2차원 반도체 소자를 구현했다.
이 연구결과에 의하면 2차원 소재 잉크 합성법과 이를 기반으로 한 대면적 소자 제작 기술을 통해 실제 산업에서 필요로 하는 다양한 고성능 반도체 소자를 제작했다.
연구 관계자는 “이번 방식은 전자소자의 모든 구성요소(전극, 채널, 게이트 절연체)를 2차원 물질 잉크로 형성하기 때문에 기존 실리콘 반도체 소자 제작공정에 비해 시간 및 비용을 훨씬 줄일 수 있고 전기적 특성 또한 뛰어나다는 강점이 있어 4차 산업 핵심 기술과 관련된 산업에 접목될 수 있다”고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구, 나노소재기술개발사업 등의 지원으로 수행됐고 신소재 분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)에 지난해 12월 21일 표지로 선정됐다.
그래도 삭제하시겠습니까?