보도자료
얇은 이차원 반도체를 광(光)땜질로 가공하는 차세대 반도체 기술 개발
작성자과학확산실 조회수2,035 등록일2022-10-21[보도자료] 얇은 이차원 반도체를 광(光)땜질로 가공하는 차세대 반도체 기술 개발_.hwp [52,266 KB] 미리보기
□ 얇은 원자층으로 이루어진 이차원 반도체를 빛으로 땜질해 가공하는 차세대 반도체 기술이 개발됐다. 향후 고용량 반도체 메모리, 투명 유연 디스플레이, 웨어러블 바이오 센서 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 이차원 박막 반도체*는 그래핀처럼 얇은 두께, 투명성, 유연함 등의 장점을 가지고 있으면서도 그래핀과 달리 반도체 성질을 띠고 있어 2010년 첫 발견 이후 차세대 디스플레이, 광센서 소자, 반도체 소자로 주목받고 있다.
* 전이금속-칼코겐 원소들로 이루어진 화합물
- 이차원 박막 반도체를 반도체 소자 등으로 활용하기 위해서는 표면에 패턴·회로를 만드는 기술, 즉 실시간 패터닝 가공 기술*이 필요하다. 하지만 이차원 박막 반도체는 두께가 원자층(단층두께 ~0.62 nm) 정도로 매우 얇아 손상이 잘 된다는 한계를 가지고 있다.
* 반도체 물질이 제품에 적용되기 위해서는 전자의 이동을 활성화하거나 제어할 수 있도록 해야 한다. 이에, 전자의 활동 에너지 범위(밴드갭)를 위치별로 조절할 수 있는 패터닝 가공 기술이 꼭 필요하다.
- 기존 반도체 가공기술인 열가공, 이온 주입, 플라즈마 등은 박막 표면이 손상될 위험이 있다. 또한 원하는 위치에 패터닝하기 위해서는 추가비용과 공정이 필요하다. 가공시간이 수 분에서 수 시간까지 길어져 생산성이 떨어지는 단점도 있다.
□ 한국화학연구원 김현우 박사, 한국표준과학연구원 신채호 박사, 전북대학교 김태완 교수 공동연구팀은 이차원 박막 반도체 위에 레이저 빛을 쏘아서 납땜질하듯이 패터닝하는 가공 기술을 개발했다. 이 기술은 박막 반도체 손상 없이, 수초 내에 거의 실시간으로 원하는 곳에 패터닝할 수 있어 응용 가능성이 매우 높다.
- 연구팀은 이차원 박막 반도체 밑에 인듐나노입자를 깔고 특정 세기의 빛을 쏘았다. 빛은 반도체 물질에는 영향을 주지 않으면서 인듐나노입자를 녹인다. 녹은 인듐나노입자는 그 위의 반도체 물질을 끌어당겨 함께 붙어버린다. 이때 반도체 표면이 패이면서 굴곡 구조, 즉 패턴이 형성된다. 이렇게 패터닝된 곳은 전자의 활동 에너지 범위(밴드갭)가 달라지면서 물질의 특성이 부분적으로 변한다.
- 광땜질로 가공된 이차원 박막 반도체의 표면 구조는 빛과 상호작용할 수 있어, 차세대 광전소자*, 바이오 센서 등에 활용될 수 있다. 특히 빛의 위치나 세기, 조사 시간 등에 의해 표면 구조가 달라져서 원하는 성질로 다양하게 가공할 수 있다.
* 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자
- 연구팀의 연구결과는 광과학·재료 분야 세계 최고수준 저널인 ‘Advanced Optical Materials’ (Impact factor: 10.05)에 올해 9월 게재되었다.
□ 연구책임자 김현우 박사는 “광땜질(optical soldering) 기술은 입사광을 조절해 패터닝과 물질 특성을 정밀하게 가공할 수 있으며, 수 초 이내에 실시간 가공할 수 있기 때문에 응용 가능성이 매우 높다. 광땜질 기술을 이용해 향후 유연 투명 디스플레이, 고감도 바이오 센싱 기술 개발 등의 연구를 수행할 예정이다.”고 말했다.
- 위 연구는 한국화학연구원 기본사업 및 소재 측정분석 서비스 사업(NRF), 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업, 전북대 한국연구재단 사업으로 공동 수행됐다.