6인치 규소 기판에서 균일한 MoS₂성막 구현 성공재료분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 게재
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- ▲ 성균관대 김한기 교수(왼쪽)와 윤혜영 연구원(제1저자).ⓒ성균관대
성균관대학교는 신소재공학부 김한기 교수 연구팀이 차세대 반도체로 주목받는 2차원 이황화몰리브덴(MoS₂) 기반 반도체를 대면적으로 구현할 수 있는 새 기술을 세계 최초로 개발했다.8일 성균관대에 따르면 연구팀은 IPSD(Isolated Plasma Soft Deposition, 분리된 플라스마 소프트 증착) 기술을 활용해 물리기상증착법(PVD, 진공 중에 금속을 기화시켜 기판에 엷은 피막을 형성하는 기술)으로 6인치 규소(Si) 기판에 균일한 2차원 MoS₂ 성막을 구현하는 데 성공했다. 이번 연구는 차세대 반도체 기술 발전에 중요한 진전을 이룬 사례로 평가된다.2차원 MoS₂는 전자소자와 광소자의 핵심 소재로 사용돼 온 기존 Si, 저마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 기반 반도체와는 다른 특성을 보인다. 2차원 MoS₂는 원자층 몇 개만으로도 반도체 특성을 나타내며, 표면에 단글링 본드(결합이 절단돼 움직이지 못하는 상태의 원자)가 없어 고성능 전자소자 구현이 가능하다. 이런 특성 덕분에 MoS₂는 트랜지스터, 센서, 광센서 등 다양한 응용 분야에서 핵심 소재로 주목받는다. 연구팀은 이런 MoS₂ 소재의 잠재력을 대면적 성막 기술을 통해 극대화했다.기존의 성막 기술은 대면적화와 공정 효율성에서 한계를 보였다. 하지만 성균관대 연구팀이 개발한 IPSD 기술은 이런 문제를 혁신적으로 해결했다. 고밀도 플라스마를 활용해 반도체의 열화를 최소화하면서도 균일한 성막을 가능케 한다. 기존 기술로는 어려웠던 6인치 Si 기판에서의 MoS₂ 성막 구현이 가능해졌다. -
- ▲ 2차원 반도체 성장을 위한 IPSD 시스템과 이를 이용해 성장한 6인치 2차원 MoS₂ 반도체.ⓒ성균관대
연구팀은 이 기술의 실질적인 응용 가능성도 입증했다. 조선대 권민기 교수팀과 협력해 IPSD 기술로 개발한 MoS₂ 반도체를 활용해 고성능 습도센서를 제작했다. 이 센서는 사람의 호흡을 감지할 수 있을 정도로 뛰어난 반응성을 보였으며, 기존 상용 센서보다 성능이 우수했다. 차세대 센서 기술의 발전 가능성을 보여주는 중요한 성과로 평가받는다.김 교수는 "이번 연구를 통해 2차원 반도체의 대면적화를 위한 핵심 기술을 확보했다. 차세대 반도체 기술 상용화의 중요한 발판을 마련했다"며 "특히 IPSD 기술은 앞으로 12인치 이상의 대형 기판에서도 활용할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.이번 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈' 12월호 온라인에 게재됐다. 김 교수가 교신저자, 윤혜영 연구원이 제1저자로 참여했다.이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업과 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업의 지원을 받았다. -
- ▲ 성균관대학교 전경. 우측 하단은 유지범 총장.ⓒ성균관대
