국내연구진, 그래핀 한계 뛰어넘을 신소재 가공 기술 개발

상우 한국표준과학연구원 진공기술센터 책임연구원(왼쪽) 팀이 화학기상증착장비로 이차원 이황화몰리브덴을 큰 면적으로 합성하는 실험을 하고 있다. 송경은기자 kyungeun@donga.com

국내 연구진이 자유자재로 휘는 플렉서블 전자기기에 필요한 신소재를 가공하는 신기술을 개발했다.

강상우 한국표준과학연구원 진공기술센터 책임연구원 팀과 김태성 성균관대 기계공학부 교수팀은 상대적으로 낮은 온도인 350도 이하에서 이차원 이황화몰리브덴(MoS₂)을 대(大)면적으로 합성하는 데 처음으로 성공했다고 3일 밝혔다.

이차원 이황화몰리브덴은 기존 반도체의 실리콘을 대체할 가장 유력한 이차원 물질 후보로 떠오르고 있다. 그동안 ‘꿈의 신소재’로 주목 받았던 그래핀은 현존하는 물질 중 가장 열과 전기가 잘 통하지만, 전류의 흐름을 통제할 수 없다는 한계가 있어 상용화하기 어려웠다.

그래핀과 달리 이차원 이황화몰리브덴은 전자이동 정도가 높고 두께에 따라 다양하게 전류의 흐름을 통제할 수 있어 활용도가 높다. 그러나 이황화몰리브덴 역시 합성하려면 500도 이상의 고온이 필요해 주변의 플라스틱 기판이 녹는 문제가 있었다.

연구진은 기체 상태 물질의 화학반응을 통해 박막을 만드는 기존 ‘화학기상증착법’을 사용하는 대신, 전구체와 반응 기체, 물질의 표면 상태 등을 미세하게 조절해 350도 이하의 온도에서도 이차원 이황화몰리브덴을 합성할 수 있도록 만드는 데 성공했다. 이 기술을 통해 연구진은 층수 조절 등 구조적 제어가 가능한 3인치 크기의 이차원 이황화몰리브덴을 합성하는 데도 성공했다.

강 연구원은 “그동안 이차원 소재 상용화에 걸림돌이 됐던 합성 온도의 한계를 극복하는 원천 기술을 세계 최초로 개발했다”며 “이 기술은 이차원 이황화몰리브덴의 상용화를 앞당길 뿐만 아니라, 반도체와 디스플레이 기술 수준도 한단계 높여줄 것”이라고 말했다.

연구 결과는 ‘네이처’ 자매지 ‘사이언티픽 리포트’ 2월 23일자에 실렸다.

송경은 동아사이언스기자kyungeun@donga.com