국내연구진 이황화몰리브덴 대면적 합성 기술 개발

▲ 강상우 표준연 진공기술센터 연구원(왼쪽) 연구팀이 화학기상증착장비로 대면적 이차원 이황화몰리브덴 성장 실험을 하고 있다. (사진제공=한국표준과학연구원)

반도체ㆍ디스플레이 산업 핵심 기술

웨어러블 기기 등에 사용되는 고성능 유연전자소자를 저온에서도 합성할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 강상우 진공기술센터 박사팀과 김태성 성균관대 기계공학부 교수팀이 세계 최초로 화학기상증착법을 활용해 350℃ 이하 저온에서 이차원 이황화몰리브덴(MoS₂) 대면적을 합성하는 데 성공했다고 3일 밝혔다.

최근 IT 기기는 잘 휘어지면서도 성능에 변화가 없는 웨어러블 기기에 초점을 맞추고 있다.

웨어러블 기기에는 고성능 유연전자소자가 필수적인데 유연전자소자는 이차원 소재를 합성해야만 한다.

그러나 고온에서 합성하게 되면 열 때문에 플라스틱 기판이 녹을 수 있어 저온에서 합성하는 기술이 필요하다.

연구진은 저온에서도 화학기상증착법을 이용해 유연전자소자를 합성할 수 있는 기술을 개발했다.

화학기상증착법은 반응기에 주입된 기체들이 가열된 기판 위에서 화학반응을 통해 박막을 형성하는 공정으로 반도체와 디스플레이 산업에서 박막을 형성하는 가장 대표적 방법으로 알려진다.

연구진이 활용한 이차원 이황화몰리브덴은 전자이동도와 점멸비가 높아 전류의 흐름을 통제하기 쉬워 현재 실리콘을 대체할 유력한 2차원 물질 후보로 그래핀과 함께 차세대 신소재로 주목받고 있다.

기존에 이차원 이황화몰리브덴을 400℃ 이하 저온에서 합성이 시도된 적은 있었으나 결함과 구조제어의 문제가 있었다.

이에 연구진은 전구체와 반응가스를 극히 미세하게 조절하고 분압비율로 표면 상태를 이차원 성장에 최적화시키는 방법을 선택했다.

이 방법으로 세계 최초로 350℃ 이하 저온에서 층수 조절이 가능하며 3인치 대면적에 균일한 이차원 이황화몰리브덴을 합성하는 공정 기술을 개발했다.

이 기술은 고품질의 이차원 이황화몰리브덴을 플라스틱 기판에 직접 증착시킬 수 있어 유연전자소자 제작에 사용될 수 있다.

강 박사는 “그동안 이차원 소재 상용화에 걸림돌이었던 증착 온도의 한계를 극복하는 원천기술을 세계 최초로 개발했다”며 “이 기술을 통해 우리나라의 주력 산업인 반도체와 디스플레이 분야에서 기술적 우위를 가지게 될 뿐만 아니라 디스플레이 관련 기업은 기존에 가지고 있던 장비에 이 기술을 바로 적용할 수 있을 것”이라고 전망했다. 최소망 기자 somangchoi@