국내 연구진, 차세대 반도체 물질 이황화몰리브덴 상용화 걸림돌 없앴다

강상우 표준연 박사(왼쪽) 연구팀이 이황화몰리브덴 실험을 하고 있다./표준연 제공

국내 연구진이 차세대 반도체 소재로 떠오르고 있는 이차원 이황화몰리브덴(MoS₂)을 저온에서 대량 생산할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다.

한국표준과학연구원(이하 표준연) 진공기술센터 강상우 박사 연구팀과 성균관대학교 기계공학부 김태성 교수 연구팀은 350°C 이하 저온에서 화학기상증착법을 이용해 이황화몰리브덴(MoS₂)의 대면적 합성에 성공했다고 3일 밝혔다.

그래핀과 함께 기존 실리콘 대체 물질로 주목받고 있는 이황화몰리브덴은 전류의 흐름을 제어하기 쉽다는 게 장점이다.

그래핀은 전기가 잘 통하지만 ‘밴드갭’이 없어 전류의 흐름을 통제하기 어렵다. 전자가 존재할 수 없는 영역인 밴드갭이 없으면 신호에 따라 전류를 흐르게 했다가 끊어야 하는 반도체적 특성을 구현하기가 어려워진다. 이에 비해 이황화몰리브덴은 두께에 따라 다양한 밴드갭 특성을 구현할 수 있어 광소자 및 전자소자 등에 응용할 수 있는 여지가 많다.

문제는 500°C 이상의 고온 화학기상증착법을 이용해 이차원 이황화몰리브덴 합성이 가능했다는 점이다. 화학기상증착법은 기체 상태의 원료 물질을 가열한 플라스틱 기판 위에 공급한 뒤 화학반응을 통해 웨이퍼상에 박막을 형성하는 방법이다. 이 때 500°C 이상의 고온 환경에서는 플라스틱 기판이 녹기 때문에 상용화하는 데 많은 어려움이 있었다.

연구팀은 기체 상태의 원료 물질을 미세하게 조절해 기판 위에 박막을 형성할 수 있는 방법을 개발했다. 그 결과 350 °C 이하 저온에서도 균일하게 이황화몰리브덴 박막을 쌓을 수 있는 공정 기술을 개발하는 데 성공했다.

강상우 표준연 박사는 “그동안 이차원 이황화몰리브덴 상용화의 걸림돌이었던 증착 온도 한계를 극복하는 원천기술을 세계 최초로 개발한 것”이라며 “우리나라의 주력 산업인 반도체 및 디스플레이 분야 경쟁력을 더욱 높일 수 있을 것”이라고 말했다.

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