KAIST(총장 신성철)는 최성율 전기·전자공학부 교수와 임성갑 생명화학공학과 교수 공동 연구팀이 2차원 소재를 이용해 높은 집적도를 가지면서 전력을 매우 낮게 사용하는 비휘발성 유연 메모리 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

연구팀은 원자층 두께의 얇은 이황화몰리브덴(MoS2) 소재와 고성능의 고분자 절연막 소재를 이용해 이 기술을 개발했다.

또 유연하면서 얇은 두계 특성으로 웨어러블 전자소자로도 활용성이 높다. 

하지만 이 소재는 표면 특성상 불포화 결합(dangling bond)이 없어 기존의 원자층 증착 장비로는 얇은 절연막을 균일하고 견고하게 증착하기 어렵다는 한계가 있다.

게다가 현재의 액상 공정으로는 저유전율 고분자 절연막을 10나노미터 이하로 균일하게 대면적으로 증착하기가 어려워 낮은 전압에서 구동이 불가능했다. 또한, 반도체 표면에 사진 인쇄 기술을 응용해 판을 만드는 기법인 포토리소그래피(photolithography) 공정과도 호환이 이뤄지지 않았다. 

이에 연구팀은 개시제와 단량체를 기화해서 기상에서 고분자 반응이 이뤄지게 하는 '개시제를 이용한 화학 기상증착법(initiated chemical vapor deposition)'을 이용했다. 이 방법으로 제작된 고성능 고분자 절연막을 통해 기존 문제가 해결된 것. 

연구팀은 이 공정을 이용해 이황화몰리브덴 반도체 소재 위에 10나노미터 두께의 터널링 고분자 절연막이 균일하고 견고하게 증착된다는 것을 확인했다. 또 연구진은 기존의 이황화몰리브덴 반도체 메모리 소자가 20V 이상의 전압으로 구동하는 반면 제작한 소자를 10V 부근의 낮은 전압에서 구동시켰다. 

최성율 교수는 "반도체 소자기술은 기존 메모리 소자를 뛰어넘는 저전력성과 유연성 등의 기능을 갖춰야 한다"며 "이번 기술은 이를 해결할 수 있는 소재, 공정, 소자 원천 기술을 개발했다는 점에서 의미가 있다"고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌프론티어사업, 미래소재 디스커버리 사업 등의 지원을 받아 수행됐다. 

연구 결과는 국제 재료분야 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 지난 달 17일자 표지 논문으로 게재됐다.