MoS2 이미지센서 어레이의 구조 모식도, 사진, 회로 이미지(성균관대 김선국 교수 제공) ©뉴스1

2차원 나노판상 구조의 반도체 물질인 이황화 몰리브덴을 손바닥 크기 대면적으로 합성하고 이를 적용해 만든 민감도 높은 이미지센서가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

7일 한국연구재단에 따르면 성균관대 김선국 교수 연구팀이 상용 반도체 증착장비를 이용할 수 있는 합성법으로 만든 이황화 몰리브덴 기판으로 기존보다 민감도를 100배 가량 높인 이미지센서를 제작했다.

연구팀은 우선 물리적 기상증착법에 화학적 기상증착법을 더한 2단계 기상증착법으로 실리콘 웨이퍼(4인치)에 균일하게 이황화 몰리브덴을 성장시켰다.연구팀은 물리적 기상증착에 사용된 실험실 수준의 4인치 증착설비 대신 상용 설비를 활용할 경우 면적확장이 가능할 것으로 기대하고 있다.

이렇게 만들어진 이황화 몰리브덴을 광전자소재층으로 이용해 빛을 전기신호로 바꾸는 이미지센서를 실제 제작한 결과 높은 민감도(광반응성 120 A/W)로 구동했다.

실제, 자율주행 등에 적용되는 CMOS 이미지센서의 광반응성이 ~0.5A/W 수준인 점을 고려할 때 상당히 높은 수준이라는 게 연구진의 설명이다.  더 나아가 성분분석과 시뮬레이션을 통해 높은 광반응성의 원인도 알아냈다.

이는 높은 광반응성이 광센서 등 다양한 광검출기로의 응용가능성을 뒷받침하는 것이다.

연구팀은 이황화 몰리브덴 등 전이금속 칼코젠 화합물로 웨어러블 기기, 디스플레이 등에 쓰이는 전자소자를 만들 수 있다면 유연성과 투명성을 높여 사용자 친화적 인터페이스 구현에 기여할 수 있을 것으로 예상했다.

다만, 합성과정에서의 전기적 특성 저하를 해결할 대면적 성장법에 대한 연구가 지속적으로 이뤄져야 할 것으로 보인다.

한편, 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 6월11일자 온라인판에 게재됐다.


km5030@news1.kr