[파이낸셜뉴스] 한국표준과학연구원(KRISS) 반도체측정장비팀이 공기중 이산화질소를 1조 분의 1까지 감지하는 유해가스 센서를 개발했다. 이 센서는 대기 중 유해가스인 이산화질소를 상온에서 저전력·초고감도로 정밀 모니터링할 수 있으며, 반도체 공정 잔류가스 감지, 수전해 촉매 등에도 활용할 수 있다. 5일 연구진에 따르면 이 가스센서는 테스트를 통해 대기 중 이산화질소를 5ppb 농도까지 감지해냈다. 이를 바탕으로 계산된 센서의 감지 한계는 1.58 ppt, 즉 공기중 1조 분의 1 정도인 유해가스를 감지해 세계 최고 수준이다. 연구진은 "이 센서가 시간과 비용 측면의 경제성이 뛰어나고 우수한 분해능을 갖추고 있어, 연평균 이산화질소 농도 뿐만아니라 실시간 변화를 감지해 대기환경 개선 연구에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다. 이번에 개발한 센서는 신소재 기반의 차세대 반도체식 유해가스 센서로 성능과 실용성이 기존 센서보다 대폭 향상됐다. 화학반응감도와 선택적 감지능력이 모두 뛰어나 기존에 보고된 반도체식 센서보다 이산화질소를 60배 이상 높은 감도로 감지할 수 있다. 또 상온에서 동작 가능해 전력 소모가 적고, 최적의 반도체 제조공정으로 저온에서 대면적 합성이 가능해 제작단가도 낮다. 이 센서 기술의 핵심은 연구진이 자체 개발한 이황화몰리브덴 나노브랜치 소재다. 통상 2차원의 평면 구조로 사용되는 이황화몰리브덴 소재를 나뭇가지 형태의 3차원 구조로 합성해 민감도를 높였다. 대면적으로 균일한 소재 합성이 가능할 뿐 아니라, 추가적인 공정 없이 원료 물질에 포함된 탄소 비율을 조절하는 것만으로 3차원 구조를 만들어낼 수 있다는 것이 특징이다. 또 연구진은 "이 기술은 소재 합성 단계에서 원료 물질에 포함된 탄소 함량을 조절해 소재의 전기화학적 특성을 변화시킬 수 있다"고 설명했다. 이를 이용하면 반도체 공정의 잔류가스 등 이산회질소 외의 다른 가스를 감지하는 센서도 개발 가능하다. 소재의 우수한 화학반응성을 응용하면 수소 생산을 위한 수전해 촉매의 성능도 향상시킬 수 있다. 문지훈 선임연구원은 "기존 가스센서의 한계를 극복한 이번 기술은 정부 규제 대응을 위한 수준을 뛰어넘어 국내 대기환경 모니터링을 더 정밀한 수준으로 끌어올릴 것"이라며 "대기 중 이산화질소 모니터링 외에도 다양한 유해가스 센서 및 촉매 개발에 활용할 수 있도록 후속연구를 이어가겠다"고 밝혔다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 유해가스 감지센서를 재료과학 분야 저명 학술지 '스몰스트럭처스(Small Structures)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 연세대 전기전자공학과 안종현 교수팀이 홍콩이공대 차이 양 교수팀과 함께 파리의 눈을 모방한 초고속 동작 인식 광센서를 개발했다. 이 센서는 1초에 1200비트(bit)의 정보를 전송하고, 0.1초 간격으로 99.2%의 정확도로 움직임을 인식할 수 있다. 연구진은 이 기술이 향후 자율주행 자동차나 로봇, 머신 비전 등 다양한 분야에 응용할 수 있을 것이라고 전망했다. 25일 연세대에 따르면 연구진은 파리처럼 날아다니는 곤충들의 눈이 갖는 독특한 점진적 신경세포(Graded Neuron) 구조가 현존하는 그 어떤 반도체 이미지 센서보다 초고속으로 동작을 인식할 수 있다는 점에 주목했다. 연구진은 곤충 눈의 신경세포 기능과 유사한 특성의 광센서를 만들기 위해 이황화몰리브덴을 사용했다. 이황화몰리브덴은 이차원 반도체 소재로 독특한 광학적 성질을 가지고 있다. 일반적인 반도체 소재와 달리 얇은 2차원 계층 구조를 가지며, 나노미터 크기의 단분자 두께로도 만들어질 수 있다. 이 광센서는 광학 입력 신호의 변화를 전기 신호로 바꾸고, 그것을 다시 인공 신경망에 입력해 움직임을 인식한다. 이렇게 만들어진 광센서는 정보 전송 속도가 초당 1200 비트(bit)로 높은 실시간성이 필요한 움직임 인식 분야에서 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 0.1초 간격으로 움직임을 인식한다. 최소 0.101초에서 최대 0.106초의 시간 간격으로 움직임을 감지하는데 활용될 수 있다. 한편, 연구진은 이번에 개발된 초고속 동작 인식 광센서를 나노기술 분야 세계 최고 수준의 국제학술지 '네이쳐 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)'에 지난 21일 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 스스로 결함을 메꿔 전류흐름을 월활하게 만드는 반도체 물질을 개발했다. 이 반도체 물질과 설계 기술은 수율, 수명 그리고 동작 특성 등을 획기적으로 개선할 수 있어 향후 과학 기술과 산업적 응용 가치가 높을 것으로 예상된다. 성균관대 차승남 교수는 원자두께의 평면 형태로 이뤄진 이황화 몰리브덴 기반 트렌지스터 부품을 만들어 성능을 크게 개선했다고 27일 밝혔다. 이 물질은 기존의 금속 대신 황화구리가 들어가 황 원자가 빠진 자리를 메워준다. 연구진이 이 물질로 만든 트랜지스터 부품을 테스트한 결과, 후면 게이트 구조에서 현재까지 보고된 가장 높은 전자이동도(~100㎠Vs)를 달성했다. 또한 소자의 높은 전자이동도 및 ON/OFF 비율 (>1억), 낮은 암전류(~10의 마이너스 13승) 특성을 활용한 광센서 응용에서 광 민감도를 획기적으로 높였다. 차승남 교수는 "새로 개발한 반도체 물질은 자가치유 특성과 매우 얇은 두께를 지녀 높은 광 투과성과 반복되는 기계적 변형에도 잘 견디는 유연한 특성을 가지고 있어 차세대 유연·투명 소자의 핵심 물질로 활용될 것"이라고 말했다. 2차원 반도체 물질은 유연성과 투명성 등으로 인해 차세대 반도체 소재로서 주목받고 있다. 하지만 원자 수준의 얇은 두께때문에 제작 공정에서 손상되기 쉽다. 특히 전극과 2차원 반도체가 만나는 경계면의 결함과 변칙성때문에 전자이동이 어려워 소자 특성이 크게 떨어질 수 있다. 연구진은 2차원 반도체 소재 결함의 자가치유 성능을 지니는 전극-반도체 소재 시스템을 주목했다. 2차원 이황화 몰리브덴은 대부분 황 원자가 빠져 문제가 발생한다. 황화구리 전극은 소재 안에 남아있는 황 원자를 2차원 이황화 몰리브덴 속에 빠진 황 원자 자리를 채워 결함을 치유한다. 이 결함의 치유는 2차원 반도체 소재 내의 전하 이동을 원활하게 해 소자 특성을 향상시킨다. 이번 성과는 차승남 교수팀이 한국화학연구원 장승훈 박사, 국민대 홍승현 교수와의 공동연구를 통해 소재 분야 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 표지 논문으로 발표됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 리튬이온 전지보다 저렴한 나트륨이온 전지의 음극 소재를 만들었다. 연구진은 이 기술을 통해 전극 소재 생산 공정비용을 낮추면 대용량 전력저장장치용 나트륨 이온전지의 상용화를 앞당길 수 있을 것이라고 전망했다. 한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구단 김상옥 박사팀이 나트륨이온 전지의 성능을 높이면서도 가격은 저렴한 음극 소재를 개발했다고 18일 밝혔다. 연구진은 이황화몰리브덴에 세라믹을 코팅해 이차전지의 음극을 만들어 성능을 테스트했다. 그결과 세라믹을 코팅하지 않은 이황화몰리브덴보다 2배 많은 전기를 저장했다. 이번에 개발한 음극 소재가 1g당 600㎃h 이상의 전기를 저장한 것이다. 또한 이황화 몰리브덴 소재 표면의 높은 전도성과 강성을 가지는 세라믹 나노-코팅층이 소재의 저항을 낮추고 구조를 안정시켰을 뿐만 아니라 코팅층의 표면에서 추가적인 전기를 저장해 냈다. 김상옥 박사는 "나노-코팅층 표면 안정화 기술을 통해 이황화 몰리브덴 소재의 문제점이었던 높은 전기 저항과 구조적 불안정성 문제를 효과적으로 해결할 수 있었고, 그 결과 안정적으로 많은 전기를 저장할 수 있는 대용량 나트륨 이온전지를 개발할 수 있었다"고 말했다. 연구진은 나트륨 이온 전지의 음극에 이황화 몰리브덴을 활용했다. 이황화 몰리브덴은 많은 전기를 저장할 수 있지만, 전기 저항이 크고 전지가 동작할 때 발생하는 소재의 구조적인 불안정성 때문에 사용되지 못했다. 반면 연구진은 저가이면서 친환경 재료인 실리콘 오일을 이용해 세라믹 나노코팅층을 만들어 이를 극복했다. 이황화 몰리브덴이 되기 전 물질과 실리콘 오일을 섞어 열처리했다. 단 한번의 단순한 공정으로 저항이 작으면서도 안정적 이황화 몰리브덴 이종복합소재를 만들었다. 이러한 우수한 성능은 이황화 몰리브덴 소재 표면의 높은 전도성에 강성을 가지는 세라믹 나노-코팅층이 소재의 저항을 낮추고 구조를 안정시켰을 뿐만 아니라 코팅층의 표면에서 추가적인 전기를 저장할 수 있었다. 이번 연구결과는 나노기술 분야 국제 저널인 'ACS 나노' 최신호에 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

국내 연구진이 종이처럼 둘둘 말 수 있는 광센서 소재를 만들었다. 연구진은 이 광센서 소재가 웨어러블 기기나 사람의 피부에 부착이 가능해 향후 패치 형태로 만든 차세대 신체정보 모니터링 플랫폼으로 개발할 수 있다고 설명했다. 한국재료연구원(KIMS) 에너지전자재료연구실 김용훈 박사는 롤러블 근적외선 광센서 소재를 국내 최초로 개발했다고 7일 밝혔다. 김용훈 박사는 "이 기술이 상용화되면 낮은 제조 원가를 통해, 현재 미국과 유럽, 일본을 중심으로 한 웨어러블 헬스케어 분야의 해외 의존도 감소는 물론 수입 대체까지 가능하다"고 말했다. 또한 "향후 이를 기반으로 패치형 전자 피부 시장 선점까지도 노려볼 수 있을 것"이라고 전망했다. 연구진은 고밀도의 대기압 플라즈마 공정을 이용해 2차원 나노소재인 이황화몰리브덴을 합성했다. 이때 합성된 2차원 나노소재의 두께는 불과 머리카락 두께의 1000분의 1 수준인 수 나노미터 두께다. 연구진은 여기에 센서 제작을 위한 간단한 전극을 만들었다. 외부에서 근적외선 파장의 빛(850㎚)이 광센서에 도달하면 2차원 나노소재를 통해 외부 광전류 신호로 전달된다. 이렇게 제작된 센서 소자는 기계적 구부림을 계속 가하거나 심지어 종이처럼 둘둘 말리더라도 전기적 특성을 잃지 않고 유지된다. 기존의 연구는 2차원 나노소재를 기계적으로 얇게 벗겨내거나 고온에서 합성 후 원하는 기판에 눌러붙여 프린팅해야 한다는 문제점이 있었다. 연구진은 광반응성이 뛰어난 2차원 나노소재를 잘 휘어지는 기판 위에 직접 성장시킬 수 있는 저온 플라즈마 공정기술을 개발해 이 문제를 해결했다. 100℃ 이하의 낮은 온도에서도 손쉽게 고품질의 2차원 나노소재를 연속으로 합성할 수 있고 별도의 전사공정이 필요 없어 향후 가격적인 측면에서도 큰 경쟁력을 가질 수 있다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 종이처럼 둘둘 말 수 있는 광센서 소재를 만들었다. 연구진은 이 광센서 소재가 웨어러블 기기나 사람의 피부에 부착이 가능해 향후 패치 형태로 만든 차세대 신체정보 모니터링 플랫폼으로 개발할 수 있다고 설명했다. 한국재료연구원(KIMS) 에너지전자재료연구실 김용훈 박사는 롤러블 근적외선 광센서 소재를 국내 최초로 개발했다고 7일 밝혔다. 김용훈 박사는 "이 기술이 상용화되면 낮은 제조 원가를 통해, 현재 미국과 유럽, 일본을 중심으로 한 웨어러블 헬스케어 분야의 해외 의존도 감소는 물론 수입 대체까지 가능하다"고 말했다. 또한 "향후 이를 기반으로 패치형 전자 피부 시장 선점까지도 노려볼 수 있을 것"이라고 전망했다. 연구진은 고밀도의 대기압 플라즈마 공정을 이용해 2차원 나노소재인 이황화몰리브덴을 합성했다. 이때 합성된 2차원 나노소재의 두께는 불과 머리카락 두께의 1000분의 1 수준인 수 나노미터 두께다. 연구진은 여기에 센서 제작을 위한 간단한 전극을 만들었다. 외부에서 근적외선 파장의 빛(850㎚)이 광센서에 도달하면 2차원 나노소재를 통해 외부 광전류 신호로 전달된다. 이렇게 제작된 센서 소자는 기계적 구부림을 계속 가하거나 심지어 종이처럼 둘둘 말리더라도 전기적 특성을 잃지 않고 유지된다. 기존의 연구는 2차원 나노소재를 기계적으로 얇게 벗겨내거나 고온에서 합성 후 원하는 기판에 눌러붙여 프린팅해야 한다는 문제점이 있었다. 연구진은 광반응성이 뛰어난 2차원 나노소재를 잘 휘어지는 기판 위에 직접 성장시킬 수 있는 저온 플라즈마 공정기술을 개발해 이 문제를 해결했다. 100℃ 이하의 낮은 온도에서도 손쉽게 고품질의 2차원 나노소재를 연속으로 합성할 수 있고 별도의 전사공정이 필요 없어 향후 가격적인 측면에서도 큰 경쟁력을 가질 수 있다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 그래핀처럼 얇은 2차원 형태로 만드는 소재 합성 공식을 발견했다. 연구진은 이 합성 공식을 실제 실험에 적용해 새로운 얇은 형태의 물질을 만들어낼 계획이다. 울산과학기술원(UNIST)는 펑 딩 교수팀(IBS 다차원 탄소재료 연구단 그룹리더)이 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 매우 얇은 소재를 합성하는 공식을 발견했다고 21일 밝혔다. 이 공식은 에피택시 합성에서 결정섬 모양의 대칭성과 기판 표면 모양의 대칭성간 상관관계가 단결정 2차원 물질 합성에 영향을 준다는 것. 즉 기판 표면 모양의 대칭군이 결정섬 모양 대칭군의 부분군이어야만 2차원 물질이 단결정 형태로 합성된다는 것을 연구진이 밝혀낸 것이다. 에피택시 합성법은 금속기판 위에 듬성듬성 생긴 작은 결정 조각들을 이어 붙여 하나의 큰 단결정을 얻는 방법이다. 대칭군의 원소는 특정 모양을 회전하거나 수평· 수직 평면에 반사했을 때 원래 모양과 같은 형태가 나타나는 행위(조작)이다. 연구진이 제안한 이론은 과거의 2차원 나노물질을 대면적 단결정으로 합성한 여러 사례와 모두 일치했다. 단결정은 물질 구성 원자의 배열이 규칙적이며 하나의 배향, 즉 원자들이 이어진 방향성이 하나로 갖는 형태다. 배향이 다른 단결정 여러 개로 이뤄진 다결정보다 품질은 우수하지만, 상용화가 가능한 수준으로 크게 합성하기 어렵다. 에피택시 합성법은 이를 극복할 단결정 2차원 소재 합성법으로 떠오르고 있다. 이를 통해 차세대 반도체나 전자재료로 주목받는 단결정 그래핀, 육방정계 질화붕소, 이황화몰리브덴 등의 2차원 물질이 대면적으로 합성된 바 있다. 하지만 이러한 2차원 물질의 대면적 합성이 가능한 특정 조건이 제시된 적은 없었다. 펑 딩 교수는 "일반적으로 기판 표면 모양의 대칭성이 낮을수록, 기판 표면 모양의 대칭군이 결정섬 모양 대칭군의 부분군일 확률이 높아진다"며 "이는 표면 모양의 대칭성이 낮은 기판을 이용해 2차원 단결정을 더 쉽게 합성할 수 있음을 의미한다"고 설명했다. 이번 연구 결과는 세계적인 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인에 11월 17일자로 공개됐다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 직접 누르지 않아도 1㎝ 거리의 습도를 감지해 작동하는 센서를 개발했다. 연구진은 신소재를 이용해 기존 센서보다 감도가 660배 뛰어나다고 설명했다. 이 센서를 엘리베이터나 출입문 버튼 등에 활용하면 생활 속 거리 유지가 중요한 코로나19 등 예방에도 큰 도움이 될 전망이다.  한국전자통신연구원(ETRI)은 ICT창의연구소 신소자연구실 최춘기 박사 연구팀이 피부의 땀과 같은 수분이나 호흡량을 고감도 감지할 수 있는 습도 센서 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 최춘기 박사는 "이 기술은 특허 출원을 진행 중이며 바로 기술 이전이 가능해 2년 내 상용화가 가능할 것으로 보고 있다"고 말했다. ETRI가 개발한 습도 센서의 감도는 세계 최고 수준인 6만6000% 이상으로 기존 센서보다 660배 이상 뛰어나다. 감지 시간도 0.5초로 5~6초씩 걸리는 기존 상용센서보다 최대 12배 빠르다. 연구진은 양극산화알루미늄 기판에 신소재인 이황화몰리브덴을 코팅해 벌집 구조를 이루는 센서로 만들어 감도를 대폭 높였다. 이렇게 개발된 센서는 피부의 수분량, 운동 전후 땀 배출량 및 호흡량의 차이 등을 감지할 수 있다. 실제, 손으로 직접 터치를 하지 않아도 손에 미량의 수분을 센서가 감지하고 패치형으로 센서를 만들어 피부에 붙여 운동 전후 땀의 양 변화나 운동 강도에 따른 호흡량 측정도 가능하다. 연구진은 2차원 소재 원천연구 노하우를 바탕으로 이번 성과를 낼 수 있었다고 말했다. 양극산화알루미늄 기판에 있는 나노 크기의 구멍에 신소재를 코팅한 뒤, 양극산화알루미늄 기판만 녹여내는 공정에 상당한 기술력이 필요하기 때문이다. 이렇게 개발된 부품의 크기는 5㎜ x 5㎜다. 여러 센서를 이어붙인 패치형 센서로 개발도 가능하며, 딱딱한 실리콘이나 유연한 소자 모두 활용이 가능하다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

  【파이낸셜뉴스 울산=최수상 기자】 국내 연구진이 초미세 반도체의 전극 물질로 활용할 수 있는 ‘2차원 텔루륨화 화합물(Transition Metal Ditelluride)’을 대면적으로 합성하는 데 성공했다. 고성능 초미세 반도체 소자를 만드는 길이 빨라질 전망이다.  울산과학기술원(UNIST)은 신소재공학부의 권순용 교수팀이 ‘고성능 초미세 반도체’의 소자 구현에 걸림돌이던 ‘2차원 금속 전극 물질’을 4인치(inch) 직경의 실리콘 기판에 원하는 형태로 합성(patterning)하는데 성공했다고 7일 밝혔다.반도체 소자는 ‘전자가 원하는 때에 특정한 위치와 방향으로 움직일 때’ 제대로 작동한다. 그런데 칩 하나에 더 많은 소자를 넣겠다고 개별 소자를 작게 만들면 전자가 원치 않는 데로 흐르는 현상(터널링 효과)이 발생한다. 이 문제를 풀기 위해 매우 얇은 2차원 반도체 물질을 사용하려는 논의가 있지만, 이에 걸맞은 전극은 개발되지 않았다. 반도체 소자에는 금속이나 절연체 등도 함께 들어가는데, 반도체 물질만 바꾸면 높은 ‘에너지 장벽이 나타나 전자 이동이 어려워진다. 따라서 고성능 초미세 반도체 소자를 구현하기 위해서는 2차원 전극 물질도 새로 합성해야 한다.권순용 교수팀은 초미세 반도체의 전극 물질로 활용할 수 있는 ‘2차원 텔루륨화 화합물(Transition Metal Ditelluride)’을 대면적으로 합성하는 데 성공했다. 텔루륨화 화합물은 2차원 반도체 소자에 적용 가능한 전극 물질로 알려졌지만, 텔루륨(Te) 자체가 불안정한 물질이라 화합물을 만들기 어려웠다. 연구팀은 ‘금속합금 원료에서 증발한 텔루륨 기체를 가두는 공법’을 도입해 문제를 해결했다.제1저자인 송승욱 UNIST 신소재공학과 박사과정 연구원은 “구리(Cu)나 니켈(Ni) 같은 특정 금속에 텔루륨을 적당량 첨가하면 비교적 낮은 온도에서도 액화된다는 사실을 확인했다”며 “그런 액체에서 방출되는 텔루륨 원자들을 가두어 반응시키는 성장기법을 써서 2차원 금속 전극 물질을 대면적으로 합성했다”고 설명했다. 새롭게 합성된 2차원 전극 물질은 합성 중 결함이 거의 발생하지 않아, 기계적으로 떼어낸 2차원 물질과 견줘도 좋을 정도로 우수한 물리적·전기적 물성을 나타냈다. 또 전체 공정이 500℃ 미만의 비교적 낮은 온도에서 몇 분 만에 진행돼 기존 반도체 공정을 그대로 사용할 수 있고, 비용 절감이 가능하다.연구팀은 새로운 2차원 전극 위에 2차원 반도체인 이황화몰리브덴(MoS₂)을 올리는 실험도 진행했다. 그 결과 금속과 반도체 경계면의 에너지 장벽이 이론치에 가깝게 아주 낮았고, 그만큼 전자 이동이 쉬워졌다. 기존 반도체 제작 과정에서는 이온을 주입해 에너지 장벽을 넘는 전자수를 늘렸는데, 이 방법은 소자가 작아지면서 회로 선폭이 줄어들어 적용하기 어려워진다. 하지만 이번에 개발한 전극 물질은 이러한 공정없이 반도체 접합 면에서 전자 이동의 효율을 높일 수 있게 된 것이다. 권순용 교수는 “새로 합성한 금속 전극과 반도체 접합의 결함이 매우 적기 때문에 이상적인 ‘쇼트키-모트 법칙(Schottky-Mott condition)’을 따르게 된다”며 “특히 상용 금속 배선 기술로는 구현하기 힘들다고 알려진 에너지 장벽 제어가 가능해 추가연구를 통해 N형과 P형 양쪽성을 가진 차세대 반도체를 구현하는 데 도움이 될 것”이라고 기대했다.이번 연구성과는 저명한 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’ 4월 20일자로 출판됐으며, 기술의 중요성을 인정받아 네이처 일렉트로닉스 뉴스 앤 뷰스(News & Views)에 소개됐다. 연구수행은 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노·소재기술개발사업의 지원으로 이뤄졌다.  ulsan@fnnews.com 최수상 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 반도체를 지금보다 더 얇고 고 집적화 할 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 새로운 2차원 금속 전극 물질이 원자 층 수준 두께로 얇아 그래핀 등 박막 반도체 소재에 적용돼 '반도체 부품 미세화'를 앞당길 수 있을 것으로 전망하고 있다. 울산과학기술원(UNIST)은 신소재공학부 권순용 교수팀이 '고성능 초미세 반도체'의 부품을 만드는데 걸림돌이던 '2차원 금속 전극 물질'을 4인치(inch) 직경의 실리콘 기판에 원하는 형태로 합성하는데 성공했다고 7일 밝혔다. 연구진은 새롭게 합성된 2차원 전극 물질이 합성 중 결함이 거의 발생하지 않아, 기계적으로 떼어낸 2차원 물질과 견줘도 좋을 정도로 우수한 물리적·전기적 물성을 나타냈다고 말했다. 또 전체 공정이 500℃ 미만의 비교적 낮은 온도에서 몇 분 만에 진행돼 기존 반도체 공정을 그대로 사용해 비용 절감이 가능하다고 설명했다. 권순용 교수팀은 초미세 반도체의 전극 물질로 활용할 수 있는 '2차원 텔루륨화 화합물'을 대면적으로 합성하는 데 성공했다. 텔루륨화 화합물은 2차원 반도체 소자에 적용 가능한 전극 물질로 알려졌지만, 텔루륨(Te) 자체가 불안정한 물질이라 화합물을 만들기 어려웠다. 연구팀은 '금속합금 원료에서 증발한 텔루륨 기체를 가두는 공법'을 도입해 문제를 해결했다. 송승욱 신소재공학과 박사과정 연구원은 "구리(Cu)나 니켈(Ni) 같은 특정 금속에 텔루륨을 적당량 첨가하면 비교적 낮은 온도에서도 액화된다는 사실을 확인했다"며 "그런 액체에서 방출되는 텔루륨 원자들을 가둬 반응시키는 성장기법을 써서 2차원 금속 전극 물질을 대면적으로 합성했다"고 설명했다. 연구진은 새로운 2차원 전극 위에 2차원 반도체인 이황화몰리브덴을 올리는 실험도 진행했다. 그 결과 금속과 반도체 경계면의 에너지 장벽(쇼트키 배리어)이 이론치에 가깝게 아주 낮았고, 그만큼 전자 이동이 쉬워졌다. 기존 반도체 제작 과정에서는 이온을 주입해 에너지 장벽을 넘는 전자수를 늘렸는데, 이 방법은 소자가 작아지면서 회로 선폭이 줄어들어 적용하기 어려워진다. 하지만 이번에 개발한 전극 물질은 이러한 공정없이 반도체 접합 면에서 전자 이동의 효율을 높일 수 있게 된 것이다. 권순용 교수는 "새로 합성한 금속 전극과 반도체 접합의 결함이 매우 적기 때문에 상용 금속 배선 기술로는 구현하기 힘들다고 알려진 에너지 장벽 제어가 가능해 추가연구를 통해 차세대 반도체를 구현하는 데 도움이 될 것"이라고 전망했다. 이번 연구성과는 국제학술지 '네이처 일렉트로닉스' 4월 20일자로 출판됐으며, 기술의 중요성을 인정받아 네이처 일렉트로닉스 뉴스 앤 뷰스에 소개됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자