한국전자통신연구원(이하 ETRI)은 나노 두께 극초박막 형태 신물질로 큰 관심을 끌고 있는 이차원 반도체 나노시트를 제조하는 핵심기술 개발에 성공했다.

본 기술은 나노 소재 전문학술지인 스몰(Small) 지에 지난해 말 온라인 게재되었고 올해 2월경 표지논문에 선정 출판될 예정이다.

흑연에서 얇게 한 층으로 쪼개 낸 그래핀과 같은 소재를 이차원 소재라 부른다. 이차원 반도체는 두께가 나노 크기로 매우 얇게 쪼개질 수 있는 특이한 성질을 가지고 있다. 두께가 무시할 만큼 얇다는 의미로 가로, 세로의 이차원 형태만 고려하여 이차원 반도체로 불린다.

특히 이차원 소재의 나노 박막은 유연하고 투명한 특징이 있다. 기존 반도체가 5나노미터(nm) 두께 한계로 집적도 제한이 있었는데 이로부터 자유롭다. 따라서 차세대 전자 소자들에 많이 응용 될 것으로 기대된다.

ETRI는 쉽게 물에 용해되며 가격이 매우 저렴하고 취급이 쉬운 나트륨(Na) 이온을 활용한 나노시트 박리 기술을 최초로 개발했다.

이차원(2D) 소재의 변성이 일어날 경우 완전한 특성 회복이 매우 어려운 점을 고려할 때 특성 개선을 위한 후속 공정 없이 2D 반도체의 우수한 특성을 잘 활용할 수 있다는 점에서 ETRI 기술이 기존 기술에 비해 매우 유리하다.

이처럼 저가 공정으로도 유연한 메모리 소자나 센서 등을 대량 제조할 수 있게 되었다. 연구진은 이차원 반도체인 이황화 텡스텐(WS2), 이황화 몰리브덴(MoS2) 나노시트를 폴리비닐알콜 수용성 고분자와 혼합한 복합체 박막들을 형성 메모리 소자도 제조했다.

ETRI 연구진은 간단한 메모리 소자 어레이를 제조하여 데이터를 쓰고 반복하여 읽는 과정을 시험하여 안정적인 메모리 동작을 확인하는데 성공했다고 밝혔다. 연구진은 이차원 소재 나노시트가 향후 전기차의 고용량 축전지 이차전지, 유연하고 투명한 전자기기 등에 활용될 것으로 보고 있다.

본 기술은 과학기술정보통신부와 정보통신기술진흥센터가 지원하는 ‘차세대 신기능 스마트디바이스 플랫폼을 위한 대면적 이차원소재 및 소자 원천기술 개발’의 일환으로 개발됐다.