원자크기 반도체 소재 상용화 길 열렸다

기초과학硏, 단결정 합성원리 밝혀

기초과학연구원(IBS)은 이영희 나노구조물리연구단장연구팀이 2차원 반도체 소재를 단결정으로 대면적 합성하는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

전이금속 칼코겐 화합물(TMD)은 얇은 2차원의 반도체다. 한 층이 원자 3개 크기 정도의 두께다. 실리콘과 비슷한 전기적 특성을 보여 차세대 전자소자, 광소자, 센서 등에 쓰임새가 넓다. 이 같은 특성을 제대로 구현하기 위해선 단결정 합성이 중요하다. 단결정으로 합성하면 소재의 특성 저하를 막을 수 있다. 단결정은 수많은 결정이 합쳐진 다결정 고체와는 달리 원자들이 연속적·주기적으로 배열된 상태다. 지금까지 TMD 단결정을 크게 만들기 위해 많은 시도가 있었지만 뚜렷한 성과는 없었다.

연구진은 원자 여러 개 크기의 톱니 모양 표면을 갖는 금 기판을 이용해 문제를 해결했다. 금 기판 위에서 TMD 단결정이 생긴다는 점을 우연히 발견했다. TMD 결정 방향이 금 표면에 나란히 정렬될 때 가장 안전한 에너지를 가진다는 점도 밝혀냈다. 단결정 합성의 핵심 원리를 이론적으로 밝혀냈다는 평가다.

이 단장은 “이번 연구로 2차원 소재 상용화의 초석을 놓았다”고 평가했다. 연구에는 김수민 숙명여대 교수, 한영규 동국대 교수가 공동으로 참여했다. 연구 결과는 재료분야 국제학술지인 어드밴스트 머티리얼즈에 지난 10일 게재됐다.

최한종 기자 onebell@hankyung.com