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소금으로 차세대 ‘2차원’ 반도체 빚어낸다

2018년 01월 09일 15:30
ETRI 연구진이 물과 나트륨 이온을 활용하여 제조된, 2차원 나노재료가 담겨 있는 수용액을 살펴보고 있다.
ETRI 연구진이 물과 나트륨 이온을 활용하여 제조된, 2차원 나노재료를 살펴보고 있다.

국내 연구진이 소금의 주 성분인 ‘나트륨(Na)’을 이용해 차세대 정밀 반도체를 제작하는 방법을 알아냈다. 전자회로를 극도로 얇게 만든 ‘2차원 반도체’ 실용화의 단초가 될 것으로 기대된다.

 

한국전자통신연구원(ETRI) 윤선진 ICT소재연구그룹 연구원팀은 나노 두께 극초박막 형태 신물질로 주목받는 ‘이차원 반도체 나노시트’ 제조의 핵심기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

 

그래핀(흑연을 얇게 한 층으로 떼어낸 물질)은 두께가 매우 얇아 ‘2차원 소재’라고 부른다. 차세대 전자소재로 각광받고 있지만 전기가 모든 방향으로 흐르는 ‘전도체’라서 실용화에 한계가 있다는 지적이 많았다.

 

이 문제를 해결하기 위해 최근 그래핀 이외의 전혀 다른 물질로 2차원 반도체를 만드는 방법이 활발하게 연구되고 있다. 주로 이황화텡스텐(WS2), 이황화몰리브덴(MoS2) 등의 재료를 쓴다. 이런 물질을 나노 두께의 얇은 막으로 만들기 위해선 주로 리튬(Li)을 녹인 석유화학용액을 써야 했다. 리튬은 물에 넣으면 폭발하기 때문에 물 대신 석유계 액체를 이용하는 것이다. 제작과정에서 유기용매가 작업자 건강을 해칠 수 있고, 환경오염 문제도 지적됐다.

 

ETRI 연구진은 나트륨을 물에 녹여 수용액을 만든 후, 여기에 이황화텅스텐이나 이황화몰리브덴을 넣고 초음파를 쏘아 2차원 반도체 형태로 얇게 분리해 냈했다. 이를 이용해 컴퓨터 메모리 소자용 반도체 층을 실험적으로 만들었다. 실험 결과 데이터를 쓰고 반복하여 읽는 과정이 가능해, 안정적인 컴퓨터 메모리로 활용할 수 있음을 확인했다.

 

리튬을 이용해 만든 기존 2차원 반도체 물질은 시간이 지나면 표면이 산화되는 등 변성이 일어나며 점차 성능이 떨어졌지만 나트륨 방식은 그런 문제도 발견되지 않았다.

 

ETRI 측은 이번 연구성과를 구부리거나 접을 수 있는 차세대 전자소자 개발에 응용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또 2차원 소재는 향후 전기차의 고용량 축전지, 이차전지, 유연하고 투명한 전자 제작 등에 활용될 전망이다. 

 

윤선진 연구원은 “나트륨으로 2차원 박막을 제조하는 방법을 세계 최초로 개발한 점에서 의미 있다”고 말했다.

 

이번 연구성과는 나노 소재 전문학술지 스몰(Small)에 지난해 말 온라인 게재됐다. 2월호 표지논문으로도 선정돼 정식 출판될 예정이다.

 

pixabay 제공
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