KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 전영민 센서시스템연구센터 박사 연구팀이 광발광 효율을 대폭 향상시키며 다양한 가스 감지가 가능한 이차원 전이금속 칼코겐 화합물 반도체 제조 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

최근 이차원 물질에 대한 연구는 그래핀을 넘어 다양한 형태의 이차원 물질들로 확산되고 있다.

특히 이차원 전이금속 칼코겐 화합물은 그래핀과 달리 반도체 특성을 가지며 도핑 상태에 따라 엑시톤 광발광 효율이 바뀌는 성질을 가지고 있다. 엑시톤은 전자와 양공이 정전기력으로 결합해 형성된 준입자를 말한다.

하지만 전이금속 칼코겐 화합물의 엑시톤 광발광 가역적 조절은 화학적인 방법으로 불가능했다. 이런 이유로 복잡한 게이트 회로 구조 제작이 요구되고 있다.

연구팀은 전이금속 칼코겐 화합물의 엑시톤 광발광 효율을 가역적으로 조절할 수 있는 화학적인 방법을 '수소-불소 플라즈마' 기반으로 개발했다. 이번 기술은 복잡한 공정 없이도 쉽게 광발광 효율을 가역적으로 조절할 수 있다.

또 연구팀이 개발한 반도체 제조 기술은 이차원 물질의 전자 상태를 크게 바꿀 수 있어 기존에 감지되지 않았던 다양한 가스 성질을 감지할 수 있다. 기존 이차원 텅스텐 칼코겐 화합물 반도체에서 감지할 수 없었던 암모니아 가스를 고감도로 감지할 수 있다는 사실도 증명했다.

전영민 박사는 "차세대 스핀-편광 광발광 다이오드와 고감도 가스 센서 등의 새로운 광전 소자 개발에 중요한 기여를 할 것"이라며 "향후 전이금속 칼코겐 화합물 외의 다른 이차원 물질들에도 다양한 형태의 적용이 가능하다"라고 말했다.

이번 연구결과는 재료과학 분야의 세계적 권위 학술지인 'Advanced Functional Materials'에 지난달 8일자 전면 표지논문으로 선정됐다.