이황화몰리브데늄을 그래핀처럼 단일층화하는 기술이 최근 개발됐다. 차세대 반도체 소재 합성 기술로 각광받고 있는 분야다. 이번 연구를 계기로 가까운 미래에 이황화몰리브데늄을 활용한 차세대 반도체 소재 응용연구가 활기를 띨 전망이다.

기초과학연구원 나노구조물리연구단연구팀이 이황화몰리브데늄을 원하는 위치에 단일층으로 합성하는 기술을 개발하는데 성공했다.
이에 따라 이황화몰리브데늄을 활용한 차세대 반도체 소재 응용연구가 향후 활발해질 것으로 기대된다.

이황화몰리브데늄은 원자 수준의 얇은 막으로 차세대 나노소재로 각광받고 있는 물질이다. 구조적으로 그래핀과 유사하지만 자체적인 에너지 밴드갭이 있어 반도체 특성을 뚜렷하게 보인다는 특징이 있다. 이황화몰리브데늄은 이러한 반도체성으로 인해 향후 태양전지, 휘는 디스플레이, 투명 전자소자 등 다양한 광·전자소자 영역에 응용될 것으로 예상된다.



연구진은 이황화몰리브데늄 합성 시 필요한 산화몰리브데늄을 특정 위치에 증착하는 한편 성장 촉진제를 이용해 양질의 입자를 지닌 이황화몰리브데늄막을 원하는 위치에 합성하는 기술을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

이번 연구가 성공하기 전까진 금속(Mo)을 박막형태로 증착한 후 황을 첨가시켜 합성하는 방법과 금속산화물인 산화몰리브데늄(MoO3)과 고체형태의 황을 동시에 기화시켜 기판에 증착하는 방법이 대표적인 연구로 시도돼왔다.

전자는 원하는 위치에 합성이 가능하지만, 물질의 확산이 제한적이기 때문에 양질의 입자를 갖는 물질의 합성하기 어렵다는 문제가 있었다. 후자는 산화몰리브데늄의 환원과 이황화몰리브데늄의 합성이 동시다발적으로 일어나기 때문에 양질의 막을 형성할 수 있으나, 원하는 위치에 합성하는 것이 불가능하다는 단점이 거론돼왔다.

따라서 연구진은 원하는 위치에 씨앗이 될 수 있는 산화몰리브데늄을 기판에 배열하는 한편, 확산을 쉽게 해 주는 이른바 촉진제(Promoter)를 증착하여 단일층의 이황화몰리브데늄을 합성하는데 성공했다.

나노구조물리연구단 이영희 연구단장은 “양질의 층상구조 물질을 원하는 위치에 직접적으로 합성할 수 있는 기술을 처음으로 개발한 연구”라며 “초기단계의 칼코겐화 물질 연구에 있어 확장이 가능한 중요한 사례”라고 전했다.

연구진은 연구 성과에 대해 “별도의 리소그래피 공정이 필요 없는 원하는 위치에 반도체 물질을 직성장하는 방법이기 때문에 향후 반도체 산업에 중요한 방법론을 제시하는 연구라고 생각한다”고 밝혔다. 이어 “이번 연구는 바로 응용 가능한 연구는 아니며, 물질의 산업화 가능성 테스트가 먼저 선행되어야 하므로 실용화까진 많은 시일이 소요될 것이라 예상된다”고 말했다.