IBS 최희철 그룹리더 연구진, 금 촉매 이용 차세대 2차원 반도체 재료 성장법 개발

이황화몰리브덴 대면적 제작

최희철 그룹리더

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 금 촉매를 이용해 차세대 2차원 반도체 재료를 성장시키는 방법을 개발했다.

기초과학연구원(IBS)은 원자제어저차원전자계연구단 최희철 그룹리더(POSTECH 화학과 교수) 연구진이 금 촉매를 이용해 그래핀을 대체할 차세대 반도체 소재로 각광받고 있는 2차원 이황화몰리브덴(MoS2)을 처음으로 대면적 및 원하는 기하학적 형태로 제작이 가능한 반응법을 개발했다고 14일 밝혔다.

금 촉매를 이용해 2차원 이황화몰리브덴을 선택적으로 균일하게 합성한 이번 연구는 세계 최초로 2차원 이황화몰리브덴을 원하는 크기와 기하학적 형태로 균일하게 합성하고 이를 반도체 소자로 제작할 수 있다는 것을 규명했다.

이번 연구 결과를 통해 2차원 이황화몰리브덴을 향후 굴절·투명 전자 소자와 같은 차세대 반도체 산업에 적용할 수 있을 것으로 예상된다.

2차원 이황화몰리브덴은 반도체성 층상 재료로 그래핀과 구조적으로 유사하나 전도체인 그래핀과는 달리 반도체성을 지녀 태양전지, 저전력 트랜지스터, 플렉시블 디스플레이, 투명 전자소자 등 다양한 분야에서 활용이 기대된다.

연구진은 기존의 단순 증착과는 달리 금과의 표면합금 형성이라는 새로운 방법을 개발했다.

연구진은 금 표면 위에 몰리브덴이 포함된 화합물을 주입하면 몰리브덴 원자가 분리돼 금과 섞이고 표면합금이라 불리는 원자 수준으로 얇고 균일한 합금이 생기는 가운데 황화수소를 차례로 주입한 후 몰리브덴만 선택적으로 반응시켜 원자 수준으로 얇은 2차원 이황화몰리브덴 합성·분리에 성공했다.

금 위에서만 선택적으로 일어나는 반응으로 금 박막을 원하는 기하학적 형태로 증착하면 이에 맞춰 이황화몰리브덴이 같은 크기와 형태를 지니고 성장한다는 것을 규명한 것이다.

이번 연구성과는 14일 화학 분야 권위 학술지 안게반테 케미 온라인에 게재되면서 우수성을 인정받아 1월호 표지 논문으로 실렸다.

논문의 제1저자인 송인택 박사과정생은 국가에서 지원하는 글로벌 박사펠로우십에 선정돼 지원을 받고 있다.

최희철 그룹리더는 “이번 연구 결과로 표면합금이라는 새로운 방법을 통해 기존의 성장방법이 이루지 못 했던 패턴화 성장을 처음으로 이뤘다”며 “이는 기존 실리콘 기반 반도체를 대체할 차세대 원천 소재의 합성방법을 개발했다는 점에서 중요한 의미를 지닌다”고 밝혔다.