2D 반도체 저온 제조 성공…"플렉서블 디스플레이 적용 기대"

저온에서도 고품질 2차원 반도체를 생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 게티이미지뱅크 제공

2차원 반도체를 기존 온도보다 훨씬 낮은 온도에서 높은 품질로 제조할 수 있는 기술이 개발됐다. 

한국연구재단은 안종현 연세대 교수, 정운진 공주대 교수 등 공동 연구팀이 2차원 반도체 소재인 이황화몰리브덴(MoS2)을 합성하는 데 필요한 온도를 150℃까지 낮추는 저온 성장 기술을 개발해 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지'에 지난달 27일 게재했다고 10일 밝혔다.

2차원 반도체는 수 개의 나노미터 원자가 한 겹으로 배열돼 있는 2차원 물질로 만든 고성능 반도체 기술을 말한다. MoS2은 대표적인 2차원 반도체 소재이나, 고품질로 성장하기 위해선 600~1000℃의 고온 조건이 필요하다. 

반도체 소재는 보통 초박막 유리, 플라스틱 기판 등에서 성장하는데, 초박막 유리는 일반적으로 400℃, 플라스틱 기판은 200℃ 이상의 온도에서 열화가 발생한다. 고온 조건이 필요한 MoS2 반도체 소재를 성장시키기에는 적합하지 않은 환경이다.

지금까지는 기존의 딱딱한 초박막 유리 기판에서 성장한 후 유연한 기판상으로 옮기는 등 복잡한 전사 공정이 필요했고, 이 과정에서 품질이 낮아진다는 문제가 생겼다. 

연구팀은 MoS2의 성장온도를 기존 600℃에서 150℃까지 대폭 낮추는 기술을 확보하는 데 성공했다. MoS2 성장에 사용되는 전구체(반도체 공정 중 하나인 박막 증착 공정에서 박막 재료로 사용되는 물질)를 하나로 합쳐 저온 전구체와 저온에서도 가능한 화학증착법인 MOCVD를 개발했다. 

또 추가적인 전사 공정 없이 유연한 초박막 유리, 플라스틱 기판상에서 고성능 트랜지스터, 논리회로, 집적소자 등의 전자소자를 구현해 광범위한 활용이 가능하도록 했다.

안 교수는 "MoS2의 저온 성장 기술은 기존 산업계의 반도체 후공정에 요구되는 온도 조건(400℃)에도 부합한다"며  "향후 2차원 소재의 플렉서블 디스플레이 등 다양한 산업에도 적용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

[박건희 기자 wissen@donga.com]