한국기초과학지원연구원(원장 이광식)은 정희석 전주센터 박사 연구팀이 미국 센트럴플로리다대학교 나노과학기술센터의 정연웅 교수팀과 공동연구로 2차원 박막의 대면적 합성기술을 개발하고 유연 전자소자 상용화 발판을 마련했다고 16일 밝혔다.

TMDC 소재는 MX₂ 화학식 형태로 표현되는 반도체 화합물로 그래핀과 유사한 층상 구조를 갖는다. 그래핀이 제한적 반도체 특성을 갖는 것에 비해 TMDC는 성능이 뛰어나 다양한 반도체 소자로 적용하기에 적합하다.

최근 TMDC 소재 실용화를 위한 연구가 활발하게 진행되며 상업적 활용을 위한 대면적 고품질 반도체 박막을 생산하는 기술이 요구돼 왔다.

하지만 원자 몇개 층에 해당하는 두께인 TMDC를 효과적으로 박리해 원하는 크기와 성능의 유연 전자소자로 제작하는 것은 쉽지 않았다.

연구팀은 금 박막을 입힌 기판위에 이황화몰리브덴(MoS₂), 이황화텅스텐(WS₂) 이종구조의 TMDC 박막을 합성했다. 이어 금박막의 접합력을 저하시키는 용매를 활용해 박막을 분리하는데 성공했다.

분리된 TMDC 박막은 플라스틱과 금속 기판에서 반도체 소자로서 성능이 확인됐다. 이에 따라 대면적의 고품질 전자소자 박막으로서 다양한 활용을 기대할 수 있게 됐다.

정희석 박사팀은 TMDC 소자의 구조와 화학 분석 분야를, 정연웅 교수팀은 TMDC 합성과 소자특성 분야를 연구했다. 연구에는 100억분의 1미터를 분석할 수 있는 수차보정 투과전자현미경 장비가 사용됐다.

정연웅 교수는 "이번 연구결과는 다양한 하이브리드 화합물 합성에도 적용할 수 있다"며 "이를 통해 유연 전자소자, 초경량 태양전지, 웨어러블 디바이스, 초고속 대용량 메모리 소자 등도 구현 가능하다"고 설명했다.

한편 연구결과는 이번 결과는 나노분야 학술지인 나노레터(Nano Letters)誌 온라인판에 지난 9월 25일 게재됐다.