차세대 전자기기 소재, 오염 없는 정밀공정 기술 개발

[파이낸셜뉴스] 광주과학기술원(GIST)은 기계로봇공학과 설재훈 교수 연구팀이 차세대 전자기기 소재로 주목받고 있는 2차원 물질을 외부 오염 없이 고순도로 확보하고, 이를 정밀하게 조작할 수 있는 공정 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

이번 연구에서는 같은 종류의 물질 사이에 작용하는 ‘반데르발스 힘’을 이용해 2차원 물질 기반 소자를 제작할 때 흔히 발생하는 오염 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 방법을 제시했다. 이를 통해 소자의 성능과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

2차원 물질(Two-dimensional materials)은 매우 가볍고 얇으면서도, 전기 및 열 전도성이 뛰어나고 기계적 강도도 우수 플렉서블 디스플레이나 웨어러블 기기 같은 차세대 전자기기에 매우 적합한 소재로 주목받고 있다.

연구팀은 전자소자 등에 널리 쓰이는 2차원 물질인 이황화몰리브덴을 주요 소재로 사용해 불순물 없이 순수한 2차원 물질 조각(플레이크)를 확보하는 데 성공했다. 특히 눈에 띄는 점은, 같은 물질 간에 작용하는 반데르발스 힘을 활용해 기존처럼 PMMA 등 고분자 물질을 사용하지 않고도 전사(붙이기), 뒤집기, 적층(쌓기) 같은 정밀한 조작이 가능한 새로운 공정 기술을 개발했다는 것이다.

이번 연구를 통해 개발된 공정은 기존 방식과 달리, 같은 물질로 만든 스탬프를 사용해 각 층을 쌓기 때문에 불순물이 발생하지 않는다. 이로 인해 구조체의 청정도와 정밀도가 매우 뛰어나며, 고품질·고정밀 반데르발스 이종구조체를 안정적으로 구현할 수 있음을 입증했다. 또 이 기술은 다양한 2차원 소재에도 적용할 수 있어 높은 범용성을 지니고 있다는 점도 확인됐다.

설재훈 교수는 “이번 연구는 2차원 물질의 고유한 특성을 그대로 유지하면서도 다양한 2차원 소재를 활용해 맞춤형 소자 구조를 자유롭게 제작할 수 있는 길을 열었다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “향후 2차원 물질 기반 전자 및 광전자 소자의 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

GIST 기계로봇공학과 설재훈 교수가 지도하고 이민영 박사과정생과 김창호 석박사통합과정생이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구자지원사업, 기초연구실(심화형), 나노소재기술개발사업, 그리고 GIST-MIT AI국제협력사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스트 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 2025년 4월 2일 온라인 게재됐다.

[e-mail] 연지안 기자