▲ 유연 기판(플라스틱, 초박막유리)상에서 직접 성장된 MoS2와 이를 이용한 신축성 집적소자 제조 연구

고품질 2차원 반도체를 유연한 기판상에서 직접 제조하는 저온합성기술을 국내 연구진이 개발하는 데 성공했다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 △연세대학교 안종현 △공주대학교 정운진 △연세대학교 임성일, 김관표 △홍익대학교 송봉근 교수 공동연구팀이 2차원 반도체 소재 이황화몰리브덴(MoS2)합성에 필요한 온도를 150℃까지 낮추는 저온 성장 기술을 개발했다고 지난 10일 밝혔다.

2차원 반도체 소재인 MoS2는 기계적·전기적·광학적 성질이 우수해 학계의 많은 주목을 받고 있지만, 고품질로 성장하기 위해서는 600~1000℃의 고온 조건이 요구된다.

하지만 초박막 유리는 일반적으로 400℃, 플라스틱 기판은 200℃ 이상의 온도에서 열화가 발생한다. 이에 따라 MoS2 반도체 소재는 기존의 딱딱한 기판에서 성장한 후 유연한 기판상으로 옮기는 복잡한 전사공정이 추가되고, 이 과정에서 품질이 낮아지는 문제가 있다.

따라서 초박막 유리, 플라스틱 기판과 같은 유연 기판상에서 MoS2가 직접 성장할 수 있는 기술 개발이 필요한 상황이다. 이에 연구팀은 MoS2의 성장온도를 기존 600℃에서 150℃까지 대폭 낮추는 기술을 확보하고, MoS2 성장에 사용되는 전구체를 하나로 합치는 아이디어를 통해 저온 전구체와 저온 MOCVD 장비를 개발했다.

또한 저온 성장된 고품질의 MoS2 반도체를 추가적인 전사 공정 없이 유연한 초박막 유리, 플라스틱 기판상에서 △고성능 트랜지스터 △논리회로 △집적소자 등의 전자소자를 구현해 △플렉서블 △웨어러블 전자소자로서 광범위한 활용이 가능함을 증명했다.

연세대학교 전기전자학과 안종현 교수는 “MoS2의 저온 성장 기술은 기존 산업계의 반도체 후공정에 요구되는 온도 조건(400℃)에도 부합하여 향후 2차원 소재의 플렉서블 디스플레이 등 다양한 산업에도 적용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자사업과 선도연구센터사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지 네이처 나노테크놀로지에 7월 27일에 게재되었다.