후처리 필요 없는 이황화몰리브덴 소자 제작기술 개발

이탁희 교수팀, 초박막 전자소재 제작 연구 성과

이탁희 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 후처리가 필요 없이 패터닝을 통해 이황화몰리브덴 소자를 제작할 수 있는 기술을 개발했다.

미래창조과학부는 이탁희 서울대 물리천문학부 교수가 주도하고 서울대 물리천문학부 박완서 박사과정 연구원, 포항가속기연구소 백재윤 박사, 포항공대 신현준 교수 등이 참여한 국내 연구진이 반도체 특성을 갖는 이황화몰리브덴을 이용한 얇은 초박막 전자소자를 만들었다고 7일 밝혔다.

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

이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업과 선도연구센터지원사업의 지원으로 수행돼 나노분야 국제학술지 ACS 나노지 14일자 온라인판에 게재됐다.

이황화몰리브덴은 이황화몰리브덴은 몰리브데늄과 황이 결합해 이뤄진 물질로 층상구조를 가져 박막형태로 얻기 쉬운 가운데 단일막의 두께가 100억분의 6.5미터로 초박막이고 반도체 특성을 가진 초박막 반도체 물질로 많은 연구가 이뤄지고 있다.

그래핀처럼 아주 얇은 층 구조로 박막 제작에 유리하고 그래핀에 없는 반도체 특성을 지녀 주목받고 있다.

원하는 물질을 포함하고 있는 기체나 고체 상태의 원료를 반응튜브 안에 모아 고온의 열로부터 에너지를 받아 분해 및 재결합을 하게 되고 이를 통해 얻게 된 물질을 원하는 기판에 증착하는 방식으로 덩어리에서 조각을 얻는 방식의 한계를 극복한 화학기상증착법으로 이황화몰리브덴을 얻어내고 있지만 한 발 더 나아가 선택적으로 원하는 곳에만 이황화몰리브덴을 분포시키는 제작 기술은 아직 미미한 실정이었다.

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

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

기술의 핵심은 원하는 모양대로 구멍을 뚫은 판을 기판에 올려 전면에 증착하는 과정만으로 원하는 곳에 해당물질을 분포시키는 섀도우마스크를 이용한 선택적인 증착으로 직접 제작해 원하는 곳에, 원하는 모양으로 이황화몰리브덴을 분포시킬 수 있도록 한 것이다.

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

이황화몰리브덴의 화학적 조성 분석을 통한 높은 순도 확인은 포항가속기연구소와 공동연구를 통해 이뤄졌다.

이 교수는“이번 연구는 이황화몰리브덴을 대면적이면서 균일한 단일 원자층으로 성장하고 손쉽게 전자소자로 제작한 연구결과로 향후 매우 얇은 반도체 소재의 활용을 위한 가능성을 높일 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이황화몰리브덴 성장 및 제작(직접적 패터닝) 기술, a는 이황화몰리브덴을 이용한 전자소자의 제작 개략도, b는 실제 실험에 사용된 세라믹 마스크와 실제 소자의 사진