▲ 진공기술센터 강상우 책임연구원(왼쪽) 연구팀이 화학기상증착장비로 대면적 이차원 이황화몰리브덴 성장 실험을 하고 있다.

그동안 꿈의 신소재로 주목받아왔지만 고온 합성으로 상용화가 힘들었던 이황화몰리브덴의 대변적 저온합성법이 개발됐다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 직무대행 박현민) 진공기술센터 강상우 박사팀과 성균관대학교(SKKU, 총장 정규상) 기계공학부 김태성 교수팀이 세계 최초로 350 °C 이하 저온에서 화학기상증착법을 이용한 이차원 이황화몰리브덴(MoS₂)의 대면적 합성을 성공했다고 지난 3일 밝혔다.

그래핀과 함께 차세대 신소재로 주목받는 이황화몰리브덴은 전자 이동도와 점멸비가 높아 전류흐름 통제가 용이해 실리콘을 대체할 유력한 물질후보로 떠오르고 있다.

그동안 실리콘 대체 물질로 각광 받아온 그래핀은 현존하는 물질 중 열과 전기가 가장 잘 통하지만 전류의 흐름을 통제할 밴드갭이 없는 단점이 있었다.

하지만 이차원 이황화몰리브덴은 두께에 따라 1.2 ~ 1.8 전자볼트(eV)의 밴드갭을 가지고 있어 광 및 전자소자 등 다양한 분야에 응용될 수 있는 장점이 있었지만 이황화몰리브덴 합성이 500°C이상에서 이루어져 높은열로 인해 플라스틱 기판이 녹아버리는 단점이 있었다.

이에 연구진은 전구체와 반응가스를 초미세하게 조절하고 분압비율로 표면 상태를 이차원 성장에 최적화시키는 방법으로 세계 최초로 350 °C 이하 저온에서 층 수 조절이 가능하고 3인치 대면적에 균일하게 이차원 이황화몰리브덴을 합성하는 공정 기술을 개발하였다.

연구진은 해당 기술이 고품질의 이차원 이황화몰리브덴을 플라스틱 기판에 직접 증착시킬 수 있어 유연전자소자 제작에 사용 가능하다고 전했다.

KRISS 진공기술센터 강상우 박사는 “그동안 이차원 소재 상용화에 걸림돌이었던 증착 온도의 한계를 극복하는 원천기술을 세계 최초로 개발했다.”고 밝혔다.

이어 “이 기술을 통해 우리나라의 주력 산업인 반도체 및 디스플레이 분야에서 기술적 우위를 가지게 될 것이다. 또한 디스플레이 관련 기업은 기존에 가지고 있던 장비에 이번 기술을 즉각적으로 적용할 수 있다.”고 전망했다.