종이보다 얇은 이차원 박막 반도체를 빛으로 땜질 가공하는 차세대 반도체 기술이 개발됐다.

이차원 박막 반도체는 그래핀처럼 얇은 두께, 투명성, 유연함 등 장점이 있으면서도 그래핀과 달리 반도체 성질을 띠고 있어 2010년 첫 발견 이후 차세대 디스플레이, 광센서·반도체 소자로 주목받고 있다.

21일 한국화학연구원에 따르면 이차원 박막 반도체를 반도체 소자 등으로 활용하려면 표면에 패턴·회로를 만드는 기술, 즉 실시간 패터닝 가공 기술이 필요하다.

▲ 광 땜질로 박막반도체를 패터닝하는 가공 기술 과정.

하지만 이차원 박막 반도체는 두께가 원자층(0.62㎚ 내외) 정도로 매우 얇아 손상이 잘 된다.

기존 반도체 가공기술인 열 가공·이온 주입·플라스마 등은 박막 표면이 손상될 위험이 있고, 원하는 위치에 패터닝하기 위해서는 추가 비용과 공정이 필요하다. 가공 시간이 수 분에서 수 시간까지 길어져 생산성이 떨어지는 단점도 있다.

화학연 김현우 박사·한국표준과학연구원 신채호 박사·전북대 김태완 교수 공동연구팀은 이차원 박막 반도체 위에 레이저 빛을 쪼아 납땜질하듯이 패터닝하는 가공 기술을 개발했다.

이 기술은 박막 반도체 손상 없이 수초 내 거의 실시간으로 원하는 곳에 패터닝할 수 있다.

광(光) 땜질로 가공된 이차원 박막 반도체 표면 구조는 빛과 상호작용할 수 있어 차세대 광전소자, 바이오 센서 등에 활용될 수 있다.

특히 빛의 위치나 세기, 쬐는 시간 등에 따라 표면 구조가 달라져 원하는 성질로 다양하게 가공할 수 있다.

김현우 박사는 "광 땜질 기술은 입사광을 조절해 패터닝과 물질 특성을 정밀하게 가공할 수 있다"며 "이 기술을 이용해 앞으로 유연 투명 디스플레이, 고감도 바이오 센싱 기술 개발 등 연구를 수행할 예정"이라고 말했다.

과학팀  press@jeonpa.co.kr

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