산업 산업일반

전세계 장악할 신기술을… 한국서 일냈다

인간의 오감 인식하는 전자회로 기반 마련<BR>[이달의 과학기술자상] 김선국 경희대 교수<br>이황화몰리브덴 활용해 박막 트랜지스터 개발<br>상용화 걸림돌이던 유연성·이동도 한계 극복<br>차세대 디스플레이 연구 오감 방송 등 현실화 속도

이황화몰리브덴 기반의 박막 트랜지스터를 표현한 모식도. 박막 트랜지스터는 드레인(Drain)과 소스(Source)&#8729;게이트(Sio2)로 구성돼 있다. 원으로 표시된 확대된 부분은 이황화몰리브덴의 원자구조이며 MO는 몰리의 원자, S는 황의 원자다. /제공=김선국 교수 연구팀


전세계 장악할 신기술을… 한국서 일냈다
인간의 오감 인식하는 전자회로 기반 마련[이달의 과학기술자상] 김선국 경희대 교수이황화몰리브덴 활용해 박막 트랜지스터 개발상용화 걸림돌이던 유연성·이동도 한계 극복차세대 디스플레이 연구 오감 방송 등 현실화 속도

권대경기자 kwon@sed.co.kr














이황화몰리브덴 기반의 박막 트랜지스터를 표현한 모식도. 박막 트랜지스터는 드레인(Drain)과 소스(Source)∙게이트(Sio2)로 구성돼 있다. 원으로 표시된 확대된 부분은 이황화몰리브덴의 원자구조이며 MO는 몰리의 원자, S는 황의 원자다. /제공=김선국 교수 연구팀










"인간의 오감(시각·촉각·청각·후각·미각)을 전달할 수 있는 전자회로 개발이 눈앞에 와 있습니다. 머지않아 오감 방송을 접할 수 있을 것입니다."

교육과학기술부·한국연구재단·서울경제신문이 공동 주관하는 이달의 과학기술자상 1월 수상자로 선정된 김선국 경희대 전자·전파공학과 교수는 "이번에 개발한 박막 트랜지스터는 이황화몰리브덴(MoS2)이라는 물질을 기반으로 상용화의 걸림돌이던 유연성과 이동도의 한계를 극복한 것"이라며 이같이 설명했다. 김 교수는 "새로운 개념의 전자회로 설계 기반을 제시했다는 점에서 이번 연구의 의미가 크다"며 "앞으로 창의적인 관점에서 미지 분야의 원천기술 확보에 박차를 가할 것"이라고 수상소감을 밝혔다.

김 교수의 2차원 구조의 MoS2 기반 박막 트랜지스터는 반도체적 특성을 갖는 새로운 형태의 트랜지스터다.

흔히 영화에서나 볼 수 있는 투명하고 휘어지는 디스플레이는 박막형 트랜지스터(TFTs)를 많이 사용한다. 현재까지 개발된 소재를 활용한 트랜지스터는 실리콘이 주 소재로 이동도와 유연성에 한계를 갖는다. 이동도는 물질 내에서 전자가 얼마나 빨리 흘러가느냐를 나타내는 것으로 반도체 소재로 쓰이기 위해서는 통상 30㎝2/V∙sec 이상이 돼야 한다. 하지만 이동도 30㎝2/V∙sec 이상을 구현하기가 쉽지 않다. 또 플라스틱 소재의 트랜지스터가 부착된 기판은 300도 이상이 되면 휘어지면서 깨진다. 즉 이동도 30㎝2/V∙sec에 고온에서 쉽게 깨지는 특성을 보인다는 점에서 기존 트랜지스터는 상용화에 상당한 한계가 있었다.

김 교수가 개발한 MoS2 기반 박막 트랜지스터는 이동도의 경우 150㎝2/V∙sec를 보여 반도체 소재로 충분히 쓰일 수 있을 뿐 아니라 100도 미만에서 시스템이 실행돼 기판이 휘어지거나 깨어질 가능성이 없다. 300도 이상의 고온 환경이 아예 조성되지 않기 때문이다. 기존 박막형 트랜지스터를 통해 투명하고 유연한 디스플레이를 구현하기 위해 큰 걸림돌로 작용했던 이동도와 유연성의 한계를 극복하는 계기가 김 교수의 연구로 마련된 셈이다.


이번 성과로 기존 실리콘 트랜지스터를 대체하기 위한 연구가 한층 더 속도를 낼 것으로 보인다. MoS2는 고투명성 및 고유연성으로 인해 차세대 디스플레이의 구동회로를 구현하는 핵심 소자로 큰 관심을 받고 있기 때문이다.

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MoS2와 같은 2차원 구조를 갖는 칼코겐화합물 계통 물질 연구가 이뤄진 것은 국내외적으로 최근 2년 정도에 불과하다. 칼코겐화합물 계통 물질은 지난 2011년에 차세대 그래핀으로 불리며 새로운 연구 분야로 떠오르고 있다. 따라서 이 물질의 실질적인 응용을 위해서는 MoS2의 제조 및 특성에 대한 전반적인 연구가 필요하다.

김 교수의 연구 성과는 앞으로 차세대 디스플레이 산업을 주도할 새로운 연구 분야를 열었다고 볼 수 있다. 이 같은 기반기술은 다양한 광전자 소자 및 디지털 회로로 적용이 가능하다는 점에서 앞으로 활용가치가 매우 높다.

최근 연구가 활발하게 진행되고 있는 실리콘 트랜지스터 대체 물질로는 '카본나노튜브(carbon nanotube)' '나노와이어(nanowire)' '유기물 나노선(organic nanowire)'과 많이 알려져 있는 '그래핀(grapheme)' 등이 있다.

김 교수는 1∙2차원의 새로운 나노 물질을 기반으로 차세대 박막 트랜지스터 개발과 이를 이용한 새로운 개념의 차세대 디스플레이와 메모리, 오감증강 전자회로 설계 연구를 수행해 국제적으로 인정받고 있는 신진 연구자다. 김 교수는 반도체 신물질을 기반으로 차세대 전자소자 및 회로설계 분야에서 독창적인 연구를 수행해 지난 5년간 과학인용색인(SCI) 저널에 35편의 논문을 게재했다. 그는 원천기술에 준하는 14개의 국내외 특허를 출원하는 등 해당 분야에서도 선도적인 역할을 하고 있다.

학계와 산업계에서는 '차세대 2차원(2D) 나노 반도체 물질인 MoS2'을 그래핀 이후 가장 주목 받는 TFTs 신재료로 보고 있다. MoS2과 관련한 물리∙화학∙재료공학∙생명공학 분야의 융합 연구는 새로운 영역의 학문적 생태계를 형성할 것으로 전망된다.

김 교수의 MoS2 기반 박막 트랜지스터는 '네이처 커뮤니케이션즈' 8월호에 실렸으며 재료 분야 권위지인 '어드밴스드 머티리얼즈' 11월호 표지논문으로 발표됐다.















권대경 기자
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