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UNIST-성균관대 연구진, 차세대 반도체 소재 합성기술 개발

송고시간2021-03-08 12:01

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2차원 반도체 소재(원자 두께의 얇은 소재)를 넓고 고르게 성장시키는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 신소재공학과 박혜성 교수팀이 성균관대 강주훈 교수팀과 함께 차세대 반도체 소재 합성 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

연구팀에 따르면 대표적 2차원 소재인 전이금속 칼코겐 화합물은 차세대 반도체 소재로 주목받고 있지만, 대면적 합성이 까다롭다.

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촉진제 이용해 2차원 반도체 소재 결정성 높여

액체 전구체와 촉진제를 이용한 2차원 반도체 합성 모식도
액체 전구체와 촉진제를 이용한 2차원 반도체 합성 모식도

[울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 2차원 반도체 소재(원자 두께의 얇은 소재)를 넓고 고르게 성장시키는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 신소재공학과 박혜성 교수팀이 성균관대 강주훈 교수팀과 함께 차세대 반도체 소재 합성 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

연구팀은 고체 원료만을 이용하던 기존 방식과 달리 액상 원료와 고체 원료를 함께 쓰는 방식으로 결정성(원자 배열의 규칙성)이 우수한 전이금속 칼코겐(chalcogen) 화합물을 합성하는 데 성공했다.

연구팀에 따르면 대표적 2차원 소재인 전이금속 칼코겐 화합물은 차세대 반도체 소재로 주목받고 있지만, 대면적 합성이 까다롭다.

고온에서 증기로 변한 고체 전구체(원료)로 합성하는 방식은 증기 농도가 불규칙해 동일한 품질의 박막을 여러 개 얻기 힘들고, 합성 가능한 크기도 한계가 있다.

액체 전구체를 이용할 경우엔 합성된 소재의 결정성과 같은 품질이 떨어지는 문제가 있었다.

연구팀은 액상 전이금속 원료를 기판 위에 코팅해 증기 상태 칼코겐 원소와 반응하도록 하는 방식을 썼다.

액상 원료 속 반응 촉진제(금속 할라이드)가 '칼코겐화'(chalcogenization) 화학 반응을 촉진해 결정성이 우수한 화합물을 쉽게 얻도록 한다.

또 촉진제를 쓰면 화합물이 수직 방향이 아닌 수평 방향으로만 성장해 하나의 얇은 층으로만 이뤄진 전이금속 칼코겐 화합물 합성이 가능하다.

연구진이 합성한 2차원 반도체 박막의 균일성
연구진이 합성한 2차원 반도체 박막의 균일성

[울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀이 개발한 합성법은 전이금속 칼코겐 화합물의 종류에 관계없이 쓸 수 있다.

연구팀은 몰리브덴, 텅스텐 등 전이금속과 황, 셀레늄 등 칼코겐 원소 조합을 바꿔 다양한 단층 전이금속 칼코겐 화합물을 합성했다.

합성된 반도체 박막을 이용해 반도체 소자를 제작하는 데도 성공했다.

이셀레늄화몰리브덴 박막으로 전계효과 트랜지스터를 제작하고, 박막의 우수한 전기적 특성(전자이동도)도 확인했다.

박혜성 교수는 "이 합성법은 상업화 가능한 큰 크기의 고성능·동일 품질의 2차원 반도체 소재를 생산할 수 있는 기술"이라며 "2차원 소재 기반 전자 소자 개발과 상용화에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구 결과는 나노·재료 분야 국제 학술지인 '에이시에스 나노'(ACS Nano)에 2월 23일 자로 출판됐다.

연구 수행은 한국연구재단 중견연구자지원사업과 기초연구실지원사업의 지원을 통해 이뤄졌다.

yongtae@yna.co.kr

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