▲ 2차원 나노판상 다층구조 성장의 모식도 및 논문 표지 그림.

국내 연구진이 초고이동도 2차원 나노반도체 물질의 대면적 성장 기술을 확보해 차세대 디스플레이와 웨어러블 기기 개발에 큰 힘을 보탤 것으로 보인다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 미래부 미래유망융합기술파이오니어 사업 등에 지원을 받은 김선국 교수팀(경희대학교)이 차세대 디스플레이 및 웨어러블 소자로 활용 가능한 초고이동도 2차원 나노판상 신성장법 개발했다고 밝혔다.

최근 연구 추세로 사람과 전자기기간의 상호작용을 돕는 오감(시각, 촉각, 청각, 후각, 미각) 증강 전자소자 시스템 개발이 대두되고 있다. 이를 위해 많은 양의 정보전달과 처리를 위해서 인간친화적 고이동도 반도체에 개발이 요구되고 있다.

이를 위해 많은 물질이 대안으로 제시 중인데 최근 2차원 나노판상구조체를 가지는 전이금속 칼로겐 화합물이 새로운 후보군으로 주목받고있다. 2011년도부터 많은 연구가 진행되어 대면적 성장을 위한 연구가 진행 중이나 성장후 결정성 깨짐, 낮은 이동도, 성장 불균성으로 한계가 오고 있었다.

김선국 교수팀은 이를 극복하고자 높은 압력에서 MoSe2 분말을 실리콘 웨이퍼에서 직성장하는 단결정 성장법을 통하여 차세대 초고이동도 박막물질인 전이금속 칼코겐 화합물 중 MoSe2의 단결정 대면적 성장을 세계 최초로 성공하였다.

국내 연구진이 차세대 초고이동도 박막물질로 각광을 받고 있는 2차원 나노판상 MoSe2(이셀레늄화 몰리브덴) 물질의 단결정 대면적 성장 기술을 확보했다.

성장된 박막물질 MoSe2는 높은 이동도와 변형이 자유로우며 전기적·기계적 안정을 갖는 특성으로 웨어러블 기기에 적합하여 오감증강 전자회로 구동소자의 핵심소재로 각광을 받고 있다.

김선국 교수는 “이 연구는 오감증강전자소자의 핵심 구동전자재료로 각광을 받는 2차원 나노판상 전이금속 칼코겐 화합물의 대면적, 단결정 성장을 통하여 상용 실리콘, 산화물 박막보다 전기적, 기계적 특성의 우수성으로 디스플레이, 로봇, 웨어러블 산업으로 활용가능성을 제시한 것이 큰 성과”라고 밝혔다.

이어 “이제 2차원 나노판상 반도체의 원천 기술을 확보했다면, 이러한 원천연구가 대면적, 고이동도의 특성을 좀 더 발전시켜서 향후 디스플레이, 웨어러블의 산업의 핵심 반도체 소재가 되도록 연구와 개발에 온 힘을 쏟고자 한다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구결과는 재료·물리 분야의 세계적인 권위지인 어드밴스 머티리얼즈(Advanced Materials)지 3월호 표지 논문으로 선정됐다.