얇은 이차원 반도체 '빛'으로 가공하는 차세대 반도체 기술 개발

화학연 공동연구팀, 원자층 단위의 이차원 박막 반도체 표면 가공 기술

차세대 광전소자·바이오 센서 등에 활용 가능, 국제학술지 게재

[대전=뉴시스] 광땜질로 박막 반도체를 패터닝하는 가공기술 모식도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내연구진이 얇은 원자층으로 이뤄진 이차원 반도체를 빛으로 땜질해 가공하는 차세대 반도체 기술을 개발했다.

한국화학연구원 김현우 박사와 한국표준과학연구원 신채호 박사, 전북대학교 김태완 교수 공동연구팀이 이차원 박막 반도체 위에 레이저 빛을 쏴 납땜질하듯이 패터닝하는 가공기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

이 기술은 박막 반도체 손상 없이 수초 내에 실시간으로 원하는 곳에 패터닝할 수 있어 응용 가능성이 매우 높다.
 
이차원 박막 반도체는 그래핀처럼 얇은 두께, 투명성, 유연함 등의 장점을 가지면서 그래핀과 달리 반도체 성질을 띠고 있어 차세대 디스플레이, 광센서 소자, 반도체 소자로 주목받고 있다.
 
이 반도체를 반도체 소자 등으로 활용키 위해서는 표면에 패턴·회로를 만드는  실시간 패터닝 가공기술이 필요하지만 두께가 원자층(단층두께 ~0.62㎚) 정도로 매우 얇아 손상이 잘 된다는 한계가 있다.

기존 반도체 가공기술인 열가공, 이온 주입, 플라즈마 등은 박막 표면이 손상될 위험이 있고 원하는 위치에 패터닝하기 위해서는 추가비용과 공정이 필요하다.

이번에 공동연구팀은 이차원 박막 반도체 밑에 인듐나노입자를 깔고 반도체 물질에는 영향을 주지 않으면서 인듐나노입자를 녹일 수 있는 특정 세기의 빛을 조사했다. 이를 통해 얇은 이차원 반도체를 빛으로 가공하는 광(光)가공기술을 구현했다.

[대전=뉴시스] 화학연구원 김현우 박사가 광땜질을 위한 레이저 조사 준비를 하고 있다.  *재판매 및 DB 금지

연구팀은 "녹은 인듐나노입자는 그 위의 반도체 물질을 끌어당겨 함께 붙게 되고 이때 반도체 표면이 패이면서 굴곡 구조인 패턴이 형성된다"며 "이렇게 패터닝된 곳은 전자의 활동 에너지 범위(밴드갭)가 달라지면서 물질의 특성이 부분적으로 변한다"고 설명했다.

빛 땜질로 가공된 이차원 박막 반도체의 표면구조는 빛과 상호작용할 수 있어 차세대 광전소자, 바이오센서 등에 활용될 수 있다.
 
특히 빛의 위치나 세기, 조사시간 등에 의해 표면 구조가 달라져서 원하는 성질로 다양하게 가공할 수 있다.

이번 연구 결과는 광과학·재료 분야 세계 최고수준 저널인 'Advanced Optical Materials'(Impact factor: 10.05)에 지난 9월 게재됐다.(논문명:Optical soldering of MoS2 layers for defect structure formation with induced photoluminescence)

연구책임자 김현우 박사는 "광땜질기술은 입사광을 조절해 패터닝과 물질 특성을 정밀하게 가공할 수 있고 수 초 이내에 실시간 가공할 수 있기 때문에 응용 가능성이 매우 높다"면서 "이 기술을 이용해 향후 유연 투명 디스플레이, 고감도 바이오 센싱기술 개발 등의 연구를 수행할 예정"이라고 말했다.


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