호서대 최운섭 교수팀, 2차원 소재 대면적 합성 기술 개발

'2차원 소재의 연구·응용에 새 장' 평가

최운섭 호서대 전자·디스플레이공학부 교수팀이 반도체와 디스플레이산업의 최신 기술인 2차원 소재를 대(大)면적으로 합성, 원자층을 형성하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 대학 측이 18일 밝혔다.

이 기술을 이용하면 2차원 소재를 인쇄공정에 적용해 원하는 패턴을 만들 수 있고, 이를 전자소자로 제작할 수 있어 2차원 소재의 연구와 응용에 새로운 장을 열게 됐다는 평가를 받는다.

기존의 2차원 소재를 합성하는 방법으로는 석영관에 황을 첨가해 고온으로 반응시키는 화학기상증착기(CVD)를 이용하는 방법이 가장 많이 사용됐다.

이 경우 2차원 소재 내의 황 성분과 원자층 두께를 조절하기 어렵고 패턴 형성을 위한 추가적인 후공정이 필요했다.

최 교수팀은 2차원 소재의 수용성 전구체와 황을 첨가해 새로운 용액을 만들고, 이것으로 박막을 형성시킨 후에 이 박막을 열처리에 의해 2차원 소재로 변환하는 데 성공한 것이다.

이때 용매로 물을 사용해 친환경 공정이 가능하게 했다.

용액공정으로 원자층 두께를 다양하게 조절하며 합성할 수 있고 4인치 이상의 대면적으로도 제작될 수 있음을 증명했다.

기존의 CVD 등의 방법으로는 대면적의 한계와 아울러 원하는 형태로의 패턴이 불가능했다.

2차원 소재를 직접 인쇄할 방법이 없는 것이다.

그러나 이 기술은 수용액 상태의 전구체 용액을 인쇄해 원하는 '드롭 온 디맨드'(drop-on-demand) 패턴으로 만들 수 있는 것이 특징이다.

형성된 2차원 소재 패턴을 원자층 형태로 제작하고 트랜지스터 소자에 적용했다.

또 기존의 2차원 소재를 이용한 전자소자로 트랜지스터 제작 시에는 금 등의 고가의 전극 소재를 사용했으나, 이번 연구는 알루미늄을 사용해 상대적으로 저가의 공정으로 우수한 전기적인 특성을 확보한 것도 한 성과다.

최운섭 교수는 "이번 개발은 각종 전자소자에 사용할 수 있는 새로운 2차원 소재가 될 수 있다"며 "기존 기술로는 불가능한 프린팅 기술을 2차원 소재에 적용해 다양한 원자층으로 형성한 것이 핵심"이라고 설명했다.

이 연구는 공학 재료 분야 네이처 자매지(npj 2D Materials and Applications) 온라인판 9월 11일 자에 실렸다.

/연합뉴스