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문제 정의
- 앞서 언급한 바와 같이 실제 응용을 위해 선결해야 할 과제로는 대면적, 고균일 합성 기술개발과 더불어 고성능 차세대 소자 구현을 위한 고품질 소재합성 기술 개발이 요구된다. 두 가지 요건을 동시에 충족하는 것에 대한 기술적 난제를 해결하기 어렵기 때문에, 대안으로써 고성능, 고신뢰성 광소자 어레이 구현을 위한 2차원 대면적 삼원합금 (ternary alloy) 소재 합성 기술에 대해 소개하고자 한다. 극초박막 형태의 이차원 TMD 소재의 경우 기존 벌크(bulk) 소재와는 완벽하게 구별 가능한 물성을 지니게 되는데, 그 이유는 전자와 원자 한 층의 이차원적인 상호작용으로 설명 가능하다.
- 따라서 전하 이동시 산란에 의한 전기적 특성 악화가 야기되기 때문에 앞서 언급한 바와 같이 대면적 합성 기술과 고성능 소자 구현을 위한 고품질 소재 기술 개발은 trade-off 관계라고 할 수있다. 따라서 본고에서는 두 가지 문제점을 동시에 해결하기 위한 접근으로 용액공정 기반의 대면적 MoS2 저온합성 기술과 원자치환을 통해 물성이 제어된 2차원 삼원합금 소재 합성 및 광소자 응용 기술에 대해 소개하고자 한다.
- 본고에서는 2차원 TMD 소재인 MoS 2 의 산업적 응용을 위한 두 가지 핵심 이유인 신뢰성이 확보된 대면적, 고균일 합성방법과 원자치환을 통해 2차원 삼원합금 소재 합성 및 기존 광소자의 성능을 상회하는 광센서 응용 기술에 대해 논의하였다.
- 대표적 탄소 기반의 저차원 나노소재인 탄소나노튜브(carbon nanotube), 그래핀의 경우 장기간 동안 한 가지 소재에 대한 심층적이고 다각적인 연구를 통해 상용화 측면에서 실현가능한 기술이 개발되고 있으나, 2차원 TMD 반도체 소재의 경우 다양한 구성원소를 지니는 소재들이 지속적으로 보고되면서 현재까지 상용화를 위한 연구개발로 발전하지 못하고 기초 연구에 머물러 있는 실정이다. 본고에서는 대표적 2차원 반도체 소재인 이황화몰리브덴의 산업적 응용에 있어 두가지 핵심 요구사항으로 대두되고 있는 대면적, 고균일 합성방법과 고성능 소자 구현을 위한 소재 기술에 대해 논의하고자 한다.
- 사실 이 두 가지 선결사항은 trade-off 관계라고 볼 수 있다. 자세한 이유는 2차원 반도체 소재의 합성 방법에 대해 소개하면서 논의하도록 하겠다. 기존 보고된 2차원 MoS2 의 합성방법은 그래핀과 마찬가지로 크게 top-down 방법과 bottom-up 방법으로 구분된다.
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