성균관대 기계공학부 김태성 교수, 석지원 교수, 한국기계연구원 김형우 박사 공동연구팀이 4인치 웨이퍼 크기의 이황화몰리브데넘-이황화텅스텐 수직이종구조 단일공정 제조 원천기술을 최초로 개발했다.
대표적인 전이금속 칼코겐 화합물인 이황화몰리브데넘(MoS2), 이황화텅스텐(WS2)은 각기 다른 밴드 갭을 갖는 물질로 차세대 전자소자 응용을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이황화몰리브데넘과 이황화텅스텐이 층상으로 쌓인 수직이종구조로 이뤄지면 밴드 갭 조절이 가능해 다양하게 응용할 수 있지만 현재는 대면적으로 균일한 이종구조 제조가 어려운 상황이다.
밴드 갭은 반도체와 절연체에서, 가전자대와 전도대 간에 있는 전자상태 밀도가 제로로 되는 에너지 영역과 그 에너지 차를 말한다.
연구팀은 화학기상증착법(CVD) 대비 상대적으로 낮은 온도인 300도에서 균일한 이황화몰리브데넘-이황화텅스텐 이종구조를 4인치 웨이퍼 위에 제작할 수 있는 단일공정 기술을 개발했다. 저온 플라즈마를 활용해 이종 금속층(몰리브데넘-텅스텐)을 황화시켰다.
간단하면서도 효과적으로 이종구조 물질을 제조하는 방법을 개발한 것이다.
여기에 대면적 이종구조와 웨이퍼 사이의 계면 접착 특성을 파괴역학 개념의 실험을 통해 분석함으로써 이황화몰리브데넘-이황화텅스텐 수직이종구조의 구조 안정성을 검증했다.
김태성 교수는 “전이금속 간 이종구조를 대면적으로 구현한 경우는 세계 최초로, 플라즈마 합성방법으로 구현한 것은 저온공정, 높은 재현성, 균일도를 가지는 장점을 가지고 있다”며 “이번 기술을 통해 이종구조 연구에 진전과 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
연구 성과는 Web of Science의 Materials Science, Multidisciplinary 분야 국제학술지인 ‘ACS Nano’(IF: 14.588)에 1월 7일 온라인 게재됐다.
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