■ 연구성과

투명하고 유연한 대면적 MoS2 기반

광 트랜지스터 어레이의 공정 과정 및 광 반응 개념도

웨어러블 디바이스의 필수 요소인 고성능 투명 광센서 개발을 앞당길 핵심 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

공대(학장 차국헌)는 전기정보공학부 홍용택 교수, 하제욱 연구원과 물리학과 이탁희 교수, 정승준 교수, 김태영 박사(현재 삼성전자)로 구성된 공동 연구팀이 단분자층 이황화몰리브덴(MoS2) 필름을 이용해 투명하며 유연한 대면적 광 트랜지스터 어레이를 구현했다고 23일 밝혔다.

MoS2는 단일 분자층으로 만들 수 있을 뿐 아니라 높은 전하 이동도와 점멸비 등 뛰어난 반도체 특성을 갖고 있어 유연한 전자소자에 응용될 차세대 반도체 소재다. 또 광다이오드, 광트랜지스터, 광센서 등 다양한 광전자 소자에 활용할 수 있는 잠재력이 매우 높다.

기존에는 단분자층 MoS2를 얻기 위해 기계적 박리법, 인터칼레이션 등의 하향식(top-down) 방법을 이용했으나 최근에는 화학적 기상증착방법, 물리적 기상증착방법, 원자층 증착 등 상향식(bottom-up) 방법이 주목받고 있다.

단분자층 MoS2는 뛰어난 유연성과 투명도를 가지고 있지만, 많은 경우 MoS2 기반 전자소자에서 금속 전극 및 무기물 절연층을 사용하기 때문에 소자의 대면적화 및 유연한 소자 제작은 여전히 쉽지가 않았다.

이에 공동 연구팀은 투명하고 유연한 단분자층 MoS2(0.65nm) 필름을 대면적으로 성장시켜 어레이 형태로 패터닝했다. 이를 플라스틱 기판 상에 전사하고 그 위에 전극 및 절연층 또한 투명하고 유연한 유기물을 잉크젯 인쇄로 형성시켜 MoS2 기반 광 트랜지스터 어레이 구현에 성공했다.

연구팀이 제작한 광 트랜지스터는 투명도가 76% 이상이며, 5mm 곡률 반경으로 1000회 이상의 반복 굽힘 테스트에도 특성 변화가 없이 안정성을 나타냈다. 또한 입사하는 빛의 파워가 증가할수록 광 반응도가 선형적으로 증가함으로써 광센서로 활용할 수 있는 기반을 마련했다.

전기정보공학부 홍용택 교수는 “이번 연구는 전 인쇄공정을 이용해 투명하며 유연한 대면적 MoS2 기반 광 트랜지스터 어레이를 구현했다는 데 의의가 있다”며, “대면적, 저비용 웨어러블 기기에 응용할 수 있는 기술적인 토대가 될 것”이라고 말했다.

본 연구 결과는 나노 소자 및 재료 분야의 세계적인 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 8월 25일자로 온라인 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부, 미래창조과학부, 산업통상자원부의 지원을 받아 진행됐다.

왼쪽부터 서울대 홍용택 교수, 하제욱 연구원, 이탁희 교수, 정승준 교수, 김태영 박사

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