국내 연구진이 손상된 기능을 스스로 고칠 수 있는 차세대 반도체 소자를 개발했다.

성균관대, 한국화학연구원, 국민대, 한국나노기술원, 세명대, 중국 상하이교통대 공동연구팀은 금속전극 대신 2차원 황화구리 전극을 이용해 자가치유 특성을 가진 2차원 이황화몰리브덴 기반 전자소자를 만드는데 성공했다고 26일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 소재과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 표지논문으로 실렸다.

2차원 반도체 소재는 유연성과 투명성 등으로 차세대 반도체 소재로 주목받고 있지만 원자층 수준의 얇은 두께 때문에 반도체 소자 제작공정에서 쉽게 손상된다. 또 전극과 2차원 반도체 계면 결함 등으로 인해 전자가 효과적으로 이동하지 못해 소자 특성이 떨어지는 경향이 크다.

2차원 이황화 몰리브덴의 결함은 대부분 황 원자 결핍에 의해 발생된다는 점에 착안해 연구팀은 황화구리 전극은 소재 내에 존재하는 잉여 황 전자를 2차원 이황화 몰리브덴 황 원자 결핍 부위에 공급해 결함을 치유하도록 했다. 이런 결함치유 능력은 2차원 반도체 소재 내 전하 이동을 원활하게 만들어 소자특성을 향상시킨다는 장점이 있다.

실제로 자가치유 기능을 갖는 2차원 이황화 몰리브덴 기반 트랜지스터 소자는 현재까지 보고된 가장 높은 전자이동도를 달성했다. 소자의 높은 전자이동도와 광민감도를 나타내 차세대 유연기기, 웨어러블 기기의 핵심소자로 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

차승남 성균관대 물리학과 교수는 “이번 기술은 소자의 수명, 동작 특성 등을 획기적으로 개선할 수 있는 만큼 과학기술 및 산업적 응용가치가 높을 것으로 예상된다”고 말했다.