민감도 100배 높인 ‘이미지센서’ 개발

[헤럴드경제=구본혁 기자] 판상형 반도체 물질은 가볍고 잘 휘어져 사용자와 전자기기간 인터페이스의 질을 좌우하는 핵심소재로 꼽힌다. 국내 연구진이 판상형 반도체 물질 중 하나인 이황화 몰리브덴을 손바닥 크기 대면적으로 합성하고 이를 적용해 만든 민감도 높은 이미지센서를 개발했다.

한국연구재단은 성균관대학교 신소재공학과 김선국 교수 연구팀이 2차원 반도체 물질 이황화 몰리브덴의 다결정 대면적 성장기술 기반 능동이미지센서 어레이 시스템을 개발했다고 7일 밝혔다.

최근 균일한 대면적 이황화 몰리브덴 합성법과 실제 전자소자나 광전자소자로의 구현을 위한 연구가 활발한 가운데, 연구팀은 상용 반도체 증착장비를 이용할 수 있는 합성법으로 만든 이황화 몰리브덴 기판으로 기존보다 민감도를 100배 가량 높인 이미지센서를 제작했다.

연구팀은 물리적 기상증착법에 화학적 기상증착법을 더한 2단계 기상증착법으로 실리콘 웨이퍼(4인치)에 균일하게 이황화 몰리브덴을 성장시켰다.

물리적 기상증착에 사용된 실험실 수준의 4인치 증착설비 대신 상용 설비를 활용할 경우 면적확장이 가능할 것으로 연구팀은 내다보고 있다.

이렇게 만들어진 이황화 몰리브덴을 광전자소재층으로 이용해 빛을 전기신호로 바꾸는 이미지센서를 실제 제작한 결과 높은 민감도로 구동했다.

나아가 성분분석과 시뮬레이션을 통해 높은 광반응성의 원인도 알아냈다. 높은 광반응성은 광센서 등 다양한 광검출기로의 응용가능성을 뒷받침한다.

이번 연구에서처럼 이황화 몰리브덴 등 전이금속 칼코젠 화합물로 웨어러블 기기, 디스플레이, 에너지소자, 바이오센서 등에 쓰이는 전자소자를 만들 수 있다면 유연성과 투명성을 높여 사용자 친화적 인터페이스 구현에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

김선국 교수는 “합성과정에서의 전기적 특성 저하를 해결할 대면적 성장법에 대한 연구를 진행해 향후 디스플레이, 웨어러블 산업 핵심반도체 소재가 되도록 하겠다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구지원사업과 나노 및 소재기술개발사업 등을 통해 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 6월 11일 게재됐다.