▲ 플라즈마 화학기상증착법으로 합성한 이황화몰리브덴 (MoS2) 박막 .

국내 연구진이 저온에서 플라즈마 화학기상증착법으로 2차원 물질을 플라스틱 기판에 직접 합성하는 기술을 개발해 향후 차세대 전자제품에 폭 넓게 사용될 것으로 보인다.

성균관대학교 기계공학부·성균나노과학기술원 김태성, 이창구 교수 공동연구팀이 세계최초로 2차원 물질인 이황화몰리브덴(MoS2)를 플라스틱 기판에 직접 합성하는 기술을 개발했다고 지난 20일 밝혔다.

이황화몰리브덴은 그래핀과 함께 대표적인 박막형 2차원 물질로, 투명성과 유연성이 높아 실리콘을 대체할 차세대 꿈의 신소재로 불린다.

그러나 이황화몰리브덴의 합성은 600-1,000℃ 정도의 고온에서 주로 이뤄져 플라스틱과 같은 유연한 물질을 기판으로 직접 사용할 수 없고 공정이 복잡했다.

성대 연구팀은 플라즈마 화학기상증착법에 의한 새로운 2차원물질 합성법 개발해 기존의 단점을 보완해 플라스틱이 충분히 견딜 수 있는 150℃정도의 저온환경에서 물질을 합성함으로써 플라스틱 기판에 직접 합성할 수 있게 했다.

또한 기존 공정에서 유연한 기판 사용을 위해서는 고온에서 잘 견디는 실리콘 같은 무기물 기판위에 먼저 합성한후 이를 유연기판에 전사했지만, 이러한 전사법은 본래의 기판을 없애거나 손상해야하고, 전사과정에서 얇은 2차원 물질이 찢어지거나 결함이 생기는 경우가 다반사였다.

연구팀이 새로 개발한 합성법은 전사공정이 전혀 필요 없어 간단한 공정으로도 적은 비용으로 고품질 소재 생산이 가능해 대면적 2차원 소재를 전자소재로 사용할수 있는 상업화 능력을 갖춘 것으로 보인다.

본 논문의 공동 1저자인 안치성 박사과정 학생(성균나노과학기술원)과 이진환 박사과정 학생(기계공학부)은 “기존 플라즈마 화학기상증착법의 경우 반도체 산업에서 산화막 또는 질화막 등의 절연체 박막을 합성하는 데 주로 사용되었지만 본 연구를 통해 플라스틱 기판상에 나노미터 두께 수준의 반도체 박막을 합성할 수 있었다”고 밝혔다.

이어 “본 연구는 기존 반도체 공정 설비를 이용하여 절연체 박막 또는 2차원 반도체 박막을 저온에서 플라스틱 기판 위로의 직접 합성할 수 있어 플렉서블 전자소자/기기 등을 저비용으로 대량 생산이 가능한 획기적인 원천기술이다”라고 전했다.

이 기술은 지난 6월 국내 특허를 획득하였고, 미국과 중국 역시 작년 11월 특허를 출원한 상태이다.

한편, 본 연구는 글로벌 프론티어 소프트일렉트로닉스연구단, 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업의 지원으로 이루어졌으며 소재분야 최고의 권위지인 ‘어드밴스드 매터리얼즈’ 8월 10일자 온라인판에 게재되었다.