차세대 전자소자 개발 새 지평 열어
성균관대학교(총장 유지범) 신소재공학부 김한기 교수 연구팀이 차세대 반도체로 주목받는 2차원 MoS2 반도체를 대면적으로 구현할 수 있는 새로운 기술을 세계 최초로 개발했다고 6일 밝혔다.
연구팀은 IPSD(Isolated Plasma Soft Deposition) 기술을 활용해 물리기상증착법(PVD)으로 6인치 Si 기판에 균일한 2차원 MoS2 성막을 구현하는 데 성공했다. 이번 연구는 차세대 반도체 기술 발전에 중요한 진전을 이룬 사례로 평가된다.
2차원 MoS2는 기존 규소(Si), 저마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 기반 반도체와는 다른 특성을 가지고 있다. 이들 기존 반도체는 전자소자와 광소자의 핵심 소재로 사용돼 왔으나, 2차원 MoS2는 원자층 몇 개만으로도 반도체 특성을 나타내며, 표면에 dangling bond가 없어 고성능 전자소자 구현이 가능하다.
이처럼 독특한 특성 덕분에 MoS2는 트랜지스터, 센서, 광센서 등 다양한 응용 분야에서 핵심 소재로 주목받고 있다. 특히, 연구팀은 이러한 MoS2 소재의 잠재력을 대면적 성막 기술을 통해 극대화했다.
기존의 성막 기술은 대면적화와 공정 효율성에서 한계를 보였지만 IPSD 기술은 이러한 문제를 혁신적으로 해결했다. 성균관대 연구팀이 개발한 IPSD 기술은 고밀도 플라즈마를 활용해 반도체의 열화를 최소화하면서도 균일한 성막을 가능케 한다. 기존 기술로는 어려웠던 6인치 Si 기판에서의 MoS2 성막 구현이 이 기술로 가능해졌다.
이번 연구 성과는 단순한 기술 개발을 넘어 실질적인 응용 가능성도 입증했다. 연구팀은 조선대 권민기 교수팀과 협력해 IPSD 기술을 활용해 개발한 MoS2 반도체를 기반으로 고성능 습도센서를 제작했다. 이 센서는 사람의 호흡을 감지할 수 있을 정도로 뛰어난 반응성을 보였으며, 기존 상용 센서보다 우수한 성능을 입증했다. 이는 차세대 센서 기술의 발전 가능성을 보여주는 중요한 성과로 평가받고 있다.
김한기 성균관대 교수는 “이번 연구를 통해 2차원 반도체의 대면적화를 위한 핵심 기술을 확보함으로써 차세대 반도체 기술 상용화의 중요한 발판을 마련했다”며 “특히, IPSD 기술은 향후 12인치 이상의 대형 기판에서도 활용 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업과 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업의 지원을 받아 진행됐으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 저명 학술지 어드밴스드 머티리얼즈 12월호 온라인에 게재됐다.
최정훈 기자 jhchoi@etnews.com
