▲  이황화몰리브덴 성장 및 제작(직접적 패터닝) 기술 a. 이황화몰리브덴을 이용한 전자소자의 제작 개략도, b. 실제 실험에 사용된 세라믹 마스크와 실제 소자의 사진

[동양뉴스통신] 육심무 기자 = 서울대 이탁희 교수와 박완서 박사과정 연구원, 포항가속기연구소 백재윤 박사, 포항공대 신현준 교수 등이 반도체 특성을 갖는 이황화몰리브덴을 이용한 얇은 초박막 전자소자를 만들었다.  

연구팀은 박막 두께가 0.65 나노미터인 이황화몰리브덴을 화학기상증착법으로 기판 위에 수 센티미터 크기의 면적으로 넓게 성장시키고 전자소자화를 위한 제작 기술에 성공했다.

평면에 넓게 성장된 물질을 깎아내는 후처리 과정을 생략, 높은 순도의 이황화몰리브덴을 얻을 수 있고 고유한 반도체 특성을 잘 유지할 수 있다는 것이 장점이다.

▲  서울대 이탁희 교수.

핵심은 섀도우마스크(원하는 모양대로 구멍을 뚫은 판으로 기판에 올려 전면에 증착하는 과정만으로 원하는 곳에 해당물질을 분포시키는 패터닝의 기본적이고 간단한 툴)를 이용한 선택적인 증착으로 직접 제작하여 원하는 곳에, 원하는 모양으로 이황화몰리브덴을 분포시킬 수 있도록 한 것이다.

이처럼 원하는 모양으로 제작할 수 있게 되면 한 번에 다량의 전자소자를 손쉽게 제작할 수 있다.

이황화몰리브덴의 화학적 조성 분석을 통한 높은 순도 확인은포항가속기연구소와 공동연구를 통해 이뤄졌다. 

향후 다양한 전자기기 등에 광범위하게 활용될 초소형 전자소자의 개발연구로 이어질 것으로 기대된다.

이황화몰리브덴은 몰리브데늄과 황이 결합하여 이루어진 물질로서 층상구조를 가지기 때문에 박막형태로 얻기 쉬우며 단일막의 두께가 100억분의 6.5 미터로 초박막이며, 반도체 특성을 가지고 있어 초박막 반도체 물질로 많은 연구가 이루어지고 있다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구)과 선도연구센터지원사업의 지원으로 수행되었고, 나노분야 국제학술지 ACS Nano지 4월 14일자 온라인판에 게재되었다. (논문명 : Photoelectron Spectroscopic Imaging and Device Applications of Large-Area Patternable Single-Layer MoS2 Synthesized by Chemical Vapor Deposition)

▲  박완서 박사과정 연구원

그래핀이 전세계적으로 활발하게 연구되고 있는데, 실용성에서 한계를 보이는 이유는 그래핀이 반도체 특성이 없기 때문이다. 이에 반해 이황화몰리브덴은 그래핀처럼 원자층 층상구조를 가지면서도 반도체 특성이 있어 향후 그래핀 보다 더 각광받을 수 있는 차세대 반도체 소재 및 소자가 될 것으로 기대하면서 본 연구를 시작하게 되었다

이탁희 교수는“이황화몰리브덴을 대면적이면서 균일한 단일 원자층으로 성장하고 손쉽게 전자소자로 제작한 연구결과로, 향후 매우 얇은 반도체 소재의 활용을 위한 가능성을 높였다”면서 “그래핀이 실용성에서 한계를 보이는 이유는 그래핀이 반도체 특성이 없기 때문인데 반해 이황화몰리브덴은 그래핀처럼 원자층 층상구조를 가지면서도 반도체 특성이 있어, 향후 그래핀 보다 더 각광받을 수 있는 차세대 반도체 소재 및 소자가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.