성균관대 연구진이 차세대 반도체를 대면적으로 구현할 수 있는 기술을 개발했다. 

김한기 성균관대 신소재공학부 교수 연구팀은 ‘Isolated Plasma Soft Deposition(IPSD)’ 기술을 활용해 물리기상증착법(PVD)으로 6인치 실리콘(Si) 기판에 균일한 2차원 MoS2MoS2(이황화몰리브덴) 반도체 성막을 구현했다고 6일 밝혔다. 

2차원 MoS2는 기존의 실리콘(Si), 저마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 기반 반도체와는 달리 원자층 몇 개만으로도 반도체 특성을 나타내며, 표면에 dangling bond(공유되지 않은 전자 결합)가 없어 고성능 전자소자를 구현할 수 있는 특성이 있다. 이러한 독특한 물질적 특성 덕분에 MoS2는 트랜지스터, 센서, 광센서 등 다양한 응용 분야에서 핵심 소재로 주목받고 있다.

그러나 기존의 물리기상증착법(PVD) 등 성막 기술은 대면적화와 균일성에서 한계를 드러냈다. 성균관대 연구팀이 개발한 IPSD 기술은 고밀도 플라즈마를 활용해 반도체 열화를 최소화하면서 균일한 성막을 가능하게 해 이러한 문제를 극복했다. 연구팀은 이 기술로 6인치 Si 기판에서 기존 기술로는 불가능했던 MoS2 성막을 성공적으로 구현했다.

이번 연구 성과는 단순한 기술 개발을 넘어 실질적인 응용 가능성도 입증했다. 연구팀은 조선대 권민기 교수팀과 협력해 IPSD 기술로 제작한 MoS2 반도체를 활용한 고성능 습도센서를 개발했다. 이 센서는 사람의 호흡까지 감지할 수 있을 정도로 뛰어난 반응성을 보여 기존 상용 센서를 뛰어넘는 성능을 입증했다. 이는 차세대 전자소자와 센서 기술 개발의 새로운 가능성을 보여준 사례로 평가받는다.

김한기 성균관대 교수는 “2차원 반도체의 대면적화를 위한 핵심 기술을 확보함으로써 차세대 반도체 기술 상용화의 중요한 발판을 마련했다”며 “IPSD 기술은 향후 12인치 이상의 대형 기판에서도 활용 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구사업 및 경기도 지역협력연구센터(GRRC) 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 저명 학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials) 12월호 온라인판에 게재됐다.