김태성 성균관대 교수 공동 연구팀, ‘대면적 박막형 이황화몰리브데넘·그래핀 이종구조’ 제작

김태성 성균관대 교수(왼쪽), 김형우 박사(오른쪽)의 모습./제공=성균관대

성균관대학교는 이 학교 김태성 공과대학 기계공학부 교수 연구팀(제1저자 김형우 연구원)이 이재현 아주대학교 교수연구팀과 공동으로 ‘대면적의 이황화몰리브데넘-그래핀(MoS2-Graphene) 이종접합구조의 저온 합성’ 원천 기술을 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다.

이 연구는 꿈의 신소재로 불리는 그래핀과 차세대 반도체 소재로 관심을 모으고 있는 이황화몰리브데늄으로 이루어진 2차원 이종접합 소재의 대면적 합성 기술을 개발, 2차원 소재의 상용화에 새로운 전기를 마련한 데 의의가 있다.

성균관대 연구팀은 지난 2015년도에 이황화몰리브데넘을 플라스틱 기판위에 대면적으로 합성하여 학계 및 산업계에서 큰 주목을 받은 바 있으며 그 기술을 이번 2차원 이종접합구조 합성 연구에 적용했다.

2차원 이종구조 (2D heterostructure)는 서로 다른 물리적 성질을 가진 원자층 두께의 2차원 물질들을 반데르발스 인력으로 결합시킨 층상 구조로 기존 소재의 장점을 극대화 할 수 있으며 새로운 물리적, 화학적 특성을 유도할 수 있어 현재의 전자소자의 한계를 극복하는데 중추적인 역할을 할 수 있는 신소재로 많은 관심을 받고 있다.

하지만, 대부분의 이황화몰리브데넘-그래핀 이종접합 구조의 구현 방법이 물리적 박리 또는 고온의 합성공법에 국한되어 있는 등 소재의 상용화에 많은 걸림돌이 존재했다.

본 연구팀은 그래핀 위에 증착된 몰르브데넘에 플라즈마 기술을 이용 300도의 낮은 온도에서 황화처리하여 4인치 대면적 기판위에 높은 균일도를 가진 이황화몰리브데넘-그래핀 이종접합 구조를 제작했다. 저온 공정을 통해 원하는 기판위에 직성장이 가능하기 때문에 대량생산도 가능하다는 장점을 가지고 있다.

이번 연구결과 논문은 지난달 15일 국제학술지인 ‘Applied Surface Science’(IF: 4.44, JCR 상위 5%이내, Materials science, coating&films 분야 1위 저널)에 게재됐다.