세계 최초 다층 이황화몰리브덴 TFT 개발 
차세대 디스플레이의 가능성 제시

경희대학교 전자ㆍ전파공학과 김선국 교수와 국민대학교 신소재공학부 최웅 교수 공동 연구팀의 논문이 지난 8월 21일 <네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)>에 게재됐다. 이 학술지는 영국의 권위 있는 과학저널 <네이처>의 자매지다.

김선국-최웅 교수 연구팀은 '다층 이황화몰리브덴 결정을 이용한 고이동도 저전력 박막트랜지스터(High-mobility and low-power thin-film transistors based on multilayer MoS2 crystals)' 논문을 통해 이황화몰리브덴을 이용한 차세대 디스플레이의 가능성을 제시했다.

초고화질 저소비전력 대형 디스플레이 활용 가능성
이번 논문의 주 소재인 이황화몰리브덴(MoS2)은 '꿈의 나노 신소재'로 불리는 그래핀(graphene)과 유사한 2차원 판상구조의 나노물질이다. 그래핀은 금속에 가까운 성질을 갖고 있어 전자제품의 핵심인 트랜지스터로 사용하는 데 한계가 있다. 그러나 반도체 성질을 지닌 이황화몰리브덴은 트랜지스터로서의 특성이 우수해 '차세대 반도체 나노 신소재'로 주목받고 있다.

김선국-최웅 교수 연구팀은 '다층' 이황화몰리브덴을 이용한 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT) 제작에 최초로 성공했다. 현재까지는 주로 '단일층' 이황화몰리브덴 트랜지스터에 대한 연구가 진행돼왔으며, 이는 제조 공정이 복잡해 상용화에 어려움이 있었다. 김선국-최웅 교수팀이 개발한 '다층' 이황화몰리브덴 트랜지스터는 성능이 동등하고 제작 공정이 단순해 기존의 '단일층' 구조의 한계를 극복한 것으로 평가된다.

TFT는 반도체와 절연체, 금속의 얇은 막(박막)을 차례로 증착해서 만드는 트랜지스터로 액정 디스플레이, 레이저 프린터 헤드 등의 주변 소자, 노트북 컴퓨터 화면 등에 활용된다. 이황화몰리브덴 트랜지스터가 상용화될 경우 현재 LED 텔레비전보다 소비전력이 적으면서 더욱 얇고 선명한 디스플레이 제작이 가능해질 것으로 기대된다. 논문에서는 향후 초고화질, 저소비전력 대형 디스플레이, 터치스크린 패널, 태양전지 장치 등에 응용될 가능성이 제시됐다.
 
협력 통한 시너지로 신물질 연구 성공
김선국 교수는 "한국 산업의 큰 축이 디스플레이와 반도체라는 점에서 디스플레이의 핵심기술을 개발하고 연구 결과를 세계적 저널에 게재하게 되어 기쁘다"고 소감을 전했다. 그는 "차세대 TFT 제작에 필수적인 기술을 개발하기 위해, 최웅 교수를 비롯한 여러 연구자들이 협력을 통한 시너지로 기존에 밝혀지지 않은 신물질 연구에 성공할 수 있었다"고 말했다. 이번 연구에는 경희대, 국민대, 성균관대, 미국 노트르담대, 삼성전자 종합기술원이 참여했다. 

김선국 교수는 그동안 나노물질 성장을 통해 차세대 고이동도 전자소자 및 집적회로 개발을 응용, 이를 차세대 디스플레이, 바이오센서, 인공로봇에 적용하는 것을 목표로 연구해왔다. 특히, 인체의 장기가 원활히 기능하지 못할 경우 나노 물질로 장기의 기능을 향상시키는 오그멘티드 휴먼 리서치(Augmented Human Research)에 관심을 갖고 있다.