호서대(총장 김대현) 전자 및 디스플레이공학부 최운섭 교수팀이 반도체와 디스플레이 산업 최신 기술인 2차원 소재를 대면적으로 합성해 원자층을 형성하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 18일 밝혔다.
이번 기술을 이용하면 2차원 소재를 인쇄공정에 적용해 원하는 패턴을 만들고 이를 전자소자로 제작할 수 있다.
기존 2차원 소재를 합성하는 방법은 석영관에 황을 첨가해 고온으로 반응시키는 화학기상증착기(CVD)를 이용한 방법이 가장 많이 사용되고 있다. 이 경우 2차원 소재 내 황 성분과 원자층 두께를 조절하기 어렵고 패턴 형성을 위한 추가적인 후공정이 필요하다.
최 교수 연구팀은 2차원 소재 수용성 전구체와 황을 첨가해 새로운 용액(sulfur-rich solution)을 만들고 이것으로 박막을 형성시킨 후 이 박막을 열처리해 2차원 소재로 변환하는데 성공했다. 이때 용매로 물을 사용해 친환경적인 공정도 가능하게 했다.
본 연구로 2차원 소재를 용액공정으로 원자층 두께를 다양하게 조절하며 합성할 수 있고 4인치 이상 대면적으로도 제작될 수 있음을 증명했다.
2차원 소재 친환경 공정 개발과 전자소자로의 응용 연구에 새로운 지평을 열 수 있는 와해성 기술로서 향후 반도체와 디스플레이산업에 초석이 될 것으로 전망된다.
최운섭 교수는 “이번 연구는 수용성인 전구체를 사용해 2차원 소재를 대면적으로 합성하는 기술을 최초로 개발한 것”이라며 “기존 기술로는 불가능한 프린팅 기술을 2차원 소재에 적용해 다양한 원자층으로 형성한 것과 트랜지스터(TFT)에 적용해 우수한 전기적 특성을 확보한 것이 핵심”이라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 지원으로 수행됐으며, 공학재료분야 JCR 상위 저널이자 Nature 자매지인 npj 2D Materials and Applications 온라인판 9월 11일자에 게재됐다.(논문명: Bottom-up water-based solution synthesis for a large MoS2 atomic layer for thin-film transistor applications, 공동저자: Y.J. Kwack, T.T.T. Can)
대전=이인희기자 leeih@etnews.com
