`자기 치유` 가능 2차원 반도체 소자 개발

국내 연구진이 제작 공정에서 손상된 부위를 스스로 치유할 수 있는 2차원 반도체 소자의 상용화를 앞당길 전극을 개발했다. 향후 2차원 반도체 소재 기반의 차세대 유연·투명 소자 개발에 쓰일 것으로 주목받고 있다.

한국연구재단은 차승남(사진) 성균관대 교수 연구팀과 장승훈 한국화학연구원 박사, 홍승현 국민대 교수 등과 함께 기존 금속 전극 대신 2차원 황화구리(CuS) 전극을 활용해 자가 치유 특성을 가진 2차원 이황화 몰리브덴 기반 전자소자를 제작했다고 26일 밝혔다.

2차원 반도체 소재는 유연성과 투명성을 지님과 동시에 우수한 전기적 특성을 통해 차세대 반도체 물질로 각광받고 있다. 하지만, 원자층 수준의 두께로 인해 반도체 소자 공정에서 손상되기 쉽고, 전자의 효과적인 이동이 어려워 소자 특성이 크게 떨어지는 한계가 있다. 이 때문에 2차원 반도체 물질 기반의 고성능 소자 구현을 위해선 새로운 개념의 전극과 반도체 소재, 구조 등이 요구돼 왔다.

연구팀은 2차원 이황화 몰리브덴의 결함은 대부분 황 원자의 결핍에 의해 생기는 것에 착안해 기존 금속전극을 대신해 2차원 황화구리 전극을 제안했다. 황화구리 전극은 소재 내에 존재하는 잉여 황 원자를 2차원 이황화 몰리브덴의 황 원자 결핍 부위에 공급해 스스로 결함을 치유할 수 있다.

연구팀은 2차원 반도체 소재 내 전하 이동을 원활하게 해 소자 특성을 향상시키는 데 성공했다. 이 소자는 후면 게이트 구조에서 현재까지 보고된 가장 높은 전자 이동도를 구현했고, 높은 전자 이동도와 광민감도를 나타내 차세대 유연, 웨어러블 기기의 핵심 소자에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

차승남 성균관대 교수는 "자기치유 특성을 다양한 반도체 소자에 적용할 수 있도록 소재 범위를 확대하고, 성능 안정성을 개선하는 연구를 지속하겠다"고 말했다.이번 연구결과는 소재분야 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(지난 4일자)' 표지논문으로 온라인에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr