표준연-성균관대, 반도체·디스플레이 산업 적용 가능

진공기술센터 강상우 책임연구원(왼쪽) 연구팀이 화학기상증착장비로 대면적 이차원 이황화몰리브덴 성장 실험을 하고 있다.<사진=한국표준과학연구원 제공>
진공기술센터 강상우 책임연구원(왼쪽) 연구팀이 화학기상증착장비로 대면적 이차원 이황화몰리브덴 성장 실험을 하고 있다.<사진=한국표준과학연구원 제공>
웨어러블 기기에 대한 관심이 가속화되는 가운데 고성능 유연전자소자 기술이 개발돼 관심이 쏠리고 있다.

강상우 한국표준과학연구원 진공기술센터 박사팀과 김태성 성균관대학교 기계공학부 교수팀이 350도 이하 저온에서 화학기상증착법을 이용해 이차원 이황화몰리브덴(MoS₂) 대면적 합성에 성공했다.

화학기상증착법은  반도체와 디스플레이 산업에서 가장 많이 사용되는 방법으로 반응기에 주입된 기체들이 가열된 기판 위에서  화학반응을 통해 박막을 형성하는 공정이다.

이황화몰리브덴은 그래핀과 함께 차세대 신소재로 주목된다. 그래핀은 열과 전기는 잘통하지만 전자가 존재할 수 있는 밴드갭이 없어 전류 흐름을 통제할 수 없는 한계가 있다. 이에 비해 이차원 이황화몰리브덴은 두께에 따라 1.2~1.8 전자볼트(eV)의 밴드갭을 가지고 있어 광, 전자소자 등 다양한 분야에 응용 가능하다.

하지만 이차원 이황화몰리브덴 합성은 500도 이상의 고온에서 화학기상증착법을 사용해 이뤄졌다. 이는 고열로 플라스틱 기판이 녹아버려 차세대 전자소자로 상용화가 어려웠던게 사실이다.

공동연구팀은 전구체와 반응가스를 초미세하게 조절하고 분압비율로 표면 상태를 이차원 성장에 최적화시키는 방법을 통해 세계 최초로 350도 이하 저온에서 3인치 대면적에 균일하게 이차원 이항화몰리브덴을 합성하는데 성공했다.

연구팀에 의하면 이번 기술은 고품질의 이차원 이황화몰리브덴을 플라스틱 기판에 직접 증착시킬 수 있어 유연전자소자 제작에 사용 가능하다.

이번 연구결과는 네이처의 자매지인 사이언티픽 리포트에 2월 23일 게재됐다.

강상우 박사는 "그동안 이차원 소재 상용화에 걸림돌이었던 증착 온도의 한계를 극복하는 원천기술을 개발한 것"이라면서 디스플레이 관련 기업 장비에 바로 적용할 수 있다"고 설명했다.

350 °C 이하 저온에서 합성된 대면적 이차원 이황화몰리브덴.<자료=한국표준과학연구원 제공>
350 °C 이하 저온에서 합성된 대면적 이차원 이황화몰리브덴.<자료=한국표준과학연구원 제공>
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