국내 연구진, 고감도 가스 감지 이차원 반도체 제조기술 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 최근 국내 연구진이 광발광 효율을 대폭 향상시킬 수 있고 다양한 가스의 감지가 가능한 이차원(2D) 전이금속 칼코겐 화합물 반도체 제조 기술을 개발했다.

5일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 센서시스템연구센터 전영민 박사팀은 수소-불소 플라즈마 기술을 이용, 이차원 전이금속 칼코겐화합물을 가역적으로 조절할 수 있는 기술을 개발했다.

전이금속 칼코겐 화합물은 약하게 결합된 층상구조를 가지고 있어 그래핀과 유사하게 단일층으로 쉽게 분리될 수 있다. 이렇게 만들어진 이차원 전이금속 칼코겐화합물은 낮은 광발광 효율로 인해 전자 및 광학 소자 개발에 어려움을 겪어왔다.

또한 이차원 전이금속 칼코겐화합물 반도체에서 광발광 효율은 엑시톤의 발광과 관련이 있어 이를 가역적으로 조절할 수 있는 기술이 중요했다. 지금까지는 이를 위하여 복잡한 구조의 전자 소자의 제작이 요구돼 왔다.

전 박사팀이 개발한 플라즈마 도핑 기술은 적은 양의 처리로도 이차원 전이금속 칼코겐화합물 반도체의 광발광 효율을 대폭 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 복잡한 공정 없이도 쉽게 광발광 효율을 가역적으로 조절할 수 있다.

또한 연구팀은 기존 이차원 텅스텐 칼코겐화물 반도체에서는 감지 불가했던 암모니아 가스를 고감도로 감지할 수 있다는 사실도 증명했다. 이러한 센서의 응용은 다른 n-형 가스에도 적용할 수 있다.

전 박사는 "본 연구에서 개발된 기술은 차세대 스핀-편광 광발광 다이오드, 고감도 가스 센서 등의 새로운 광전 소자 개발에 중요한 기여를 할 것"이라며 "향후 전이금속 칼코겐화합물 외의 다른 이차원 물질들에도 다양한 형태의 적용이 가능하다"고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부(장관 최양희) 지원으로 KIST 기관고유 미래원천기술개발사업과 글로벌 프론티어사업으로 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 분야의 세계적 권위 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ 11월 8일자 전면 표지논문(Front Cover)으로 선정, 게재됐다.