주요 연구성과
NEW 화학과 유영동 교수, 새로운 혼합-차원 이종구조 개발
- 2020-12-28
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아주대학교 유영동 교수 연구팀이 서로 다른 차원의 물질이 수평으로 결합된 새로운 혼합-차원 이종구조를 개발했다. 이에 유연하고 투명한 미래형 전자 소자 및 에너지 소자의 핵심 소재로 활용될 수 있을 전망이다.
화학과 유영동 교수(사진) 연구팀은 혼합-차원 수평 이종구조를 합성하기 위한 새로운 방법을 개발했다고 밝혔다. 관련 내용은 ‘Te 유량 제어된 화학증기증착에 의해 합성된 1차원 Mo6Te6와 2차원 MoTe2로 이루어진 혼합-차원 수평 이종구조(Mixed-Dimensional In-Plane Heterostructures from 1D Mo6Te6 and 2D MoTe2 Synthesized by Te‐Flux‐Controlled Chemical Vapor Deposition)’라는 논문으로 나노 분야 국제 학술지 <Small>의 11월26일자 표지 논문으로 선정됐다. 아주대 대학원 석박사 통합과정의 김현경 학생이 제1저자로 참여했다.
2차원 반도체 물질인 전이금속 칼코겐 화합물은 유연하고 투명하면서 뛰어난 전자 및 광학적 특성을 가져 웨어러블 전자기기, 롤러블 디스플레이와 같은 차세대 전자소자 및 에너지 소자로 활용이 가능하다. 하지만 실제 소자를 만들기 위해 2차원 반도체와 금속 전극을 통합할 때, 큰 접촉 저항이 발생해 소자의 성능이 큰 폭 제한되는 한계가 존재했다.
이에 아주대 연구팀은 전구체의 유량을 제어하는 화학증기증착(열, 플라즈마 등에 의해 기체화된 전구체가 화학반응을 일으켜 반도체, 금속 등의 박막을 증착시키는 기술) 방법을 사용해 합성되는 물질의 차원을 조절했으며, 이를 통해 서로 다른 차원의 물질이 결합된 금속-반도체 이종구조를 합성해 냈다. 금속성을 지니는 1차원 몰리브데넘 텔루라이드(Mo6Te6)와 반도체 성질을 지니는 2차원 몰리브데넘 디텔루라이드(MoTe2)가 기존의 수직 방향이 아닌 수평 방향으로 결합해 새로운 혼합-차원 수평 이종구조를 형성했다. 연구팀은 이를 기반으로 접촉 저항 문제 해결을 위한 새로운 방향을 제시하는 데 성공했다. 전구체는 어떤 반응에서 특정 물질이 되기 전 단계의 물질 즉 원료 물질을 말한다.
연구팀은 또한 유량 제어를 통해 1차원 및 2차원 물질과 같은 저차원 물질의 합성에 대한 자세한 메커니즘을 규명했다. 단위 시간 당 공급되는 Te의 양이 적을 때에는 Mo 원자와 Te 원자가 1:1 비율이 되는 1차원 Mo6Te6가 합성되고, 단위 시간 당 공급되는 Te의 양이 많을 때에는 Mo 원자와 Te 원자가 1:2의 비율이 되는 2차원 MoTe2가 얻어진다. 이 메커니즘을 기반으로 하면 혼합-차원 물질뿐 아니라 1차원 및 2차원 물질을 선택적으로 합성할 수 있다. 합성된 다양한 저차원 물질들은 전자, 광전자, 촉매 분야 등에 응용이 가능할 전망이다.
유영동 교수는 “이번에 개발한 합성법은 공정이 간단하며 확장성이 커서, 이를 기반으로 더욱 다양한 형태의 혼합-차원 이종구조를 생산할 수 있을 것”이라며 “합성된 혼합-차원 이종구조가 구부러지고 투명한 차세대 전자 및 에너지 소자를 위한 핵심 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
<제공 WILEY VCH>