국내 연구진이 차세대 전자소자 물질로 주목받는 이셀렌화몰리브덴 단일층을 대면적으로 성장시키는 기술을 최초로 개발했다. 전자소자 소형화와 태양전지 효율 문제를 개선할 것으로 기대된다.
최성율 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학과 교수팀은 화학기상증착법을 이용해 높은 재현성과 우수한 막질을 가진 단일층 이셀렌화몰리브덴을 대면적으로 합성하는 데 성공했다고 27일 밝혔다.
이셀렌화몰리브덴은 몰리브덴과 셀레늄이 삼각 프리즘 형태로 결합해 층상 구조를 이룬 물질이다. 각 층이 약하게 결합돼 단일층을 쉽게 분리할 수 있다. 얇고 유연할 뿐 아니라 반도체 특성을 갖고 있어 차세대 소자 기술에 활용될 것으로 기대된다.
특히 전도체 특성을 갖는 그래핀과 달리 반도체 특성을 원자 수준에서 구현할 수 있다. 이 때문에 초소형·고효율 태양전지에 활용하려는 연구가 활발하다.
연구진은 그래핀 기판 위에 이셀렌화몰리브덴 단결정층을 형성해 두 물질의 헤테로구조를 대면적으로 합성하는 데도 성공했다. 헤테로구조는 수직 방향으로 서로 다른 물질이 쌓여 있는 상태를 말한다.
합성된 헤테로구조에서 전하의 이동 구조를 제시해 그래핀·이셀렌화몰리브덴 등 이차원 물질을 활용한 신개념 태양전지, 헤테로소자, 극초박막소자 등의 개발 가능성을 열었다.
연구진은 “그래핀은 전기적, 광학적, 기계적 특성이 우수하지만 전도성 물질이기 때문에 반도체 특성을 가진 소재에 대한 연구가 활발하다”며 “이번 연구는 이셀렌화몰리브덴을 차세대 반도체, 광소자로 응용할 수 있는 가능성을 보여줬다”고 자평했다.
공정 최적화를 통한 무결함·단결정·대면적 성장 기술 확보, 고유 특성 손실을 최소화하는 공정 개발이 후속 과제로 제시됐다.
연구는 미래창조과학부 나노기반소프트일렉트로닉스연구단과 나노소재원천기술개발사업 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 나노분야 국제학술지 ‘ACS 나노’ 2일자 온라인판에 실렸다.
송준영기자 songjy@etnews.com