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성과명대면적 이황화몰리브덴 기반 초고민감 이미지센서 개발

Highly sensitive active pixel image sensor array driven by large-area bilayer MoS2transistor circuitry(Nature Communications (IF: 14.919, 2020년 기준))

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지원사업
중견연구지원사업, 나노 및 소재기술개발사업
지원 기관
과학기술정보통신부
연구 기관
성균관대학교
연구자
김선국, 무하마드 알람, 홍성인, 니콜로 자그니
발표일
2021-06-11
조회수
75

대면적 이황화몰리브덴 기반 초고민감 이미지센서 개발


이황화 몰리브덴의 광전자 소자로의 응용 가능성 제시



개요

김선국 교수(성균관대학교) 연구팀은 2차원 반도체 물질 이황화 몰리브덴의 다결정 대면적 성장기술에 기반, 능동이미지센서 어레이 시스템을 선보였다고 밝혔다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구지원사업과 나노 및 소재기술개발사업 등을 통해 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 6월 11일(온라인) 게재되었다.


연구 내용

차세대 전자소자/광소자의 응용을 위해서 다양한 대면적 성장법이 연구되며 다양한 응용이 제시되었다. 서울대에서 화학적 기상 증착법을 이용하여 MoS2 기반에 OLED 디스플레이를 제작하였고 Fudan 대학에서는 원자층 증착법을 통하여 웨이퍼 크기의 MoS2 인버터 어레이를 제작하였으나 여전히 광전자소자 응용에 대한 연구가 더 필요한 상황이다.
MoS2의 대면적 성장을 기반으로 고민감도의 이미지 센서 어레이를 제작하였다. 본 연구는 2단계 성장법을 이용한 MoS2의 균일한 대면적 성장을 포함하고 있으며 성장된 MoS2 박막은 분광학적 분석(Raman, PL, XPS, UPS) 및 투과형 전자현미경으로 균일한 성장 및 결정성을 확인하였다.
대면적 MoS2를 통해 제작된 이미지센서 어레이는 약 5cm2/V·sec의 평균 이동도와 5.84104의 평균 온오프 전류비를 보였다. 특히 광센서의 특성을 평가할 수 있는 지표인 광반응성은 119.16A/W로 높은 값을 보였으며 이는 UPS 분석을 통하여 MoS2의 전도대와 가전자대 사이에 존재하는 트랩에 의한 효과라는 것을 확인하였다.
나아가 트랩 유무에 따른 광반응성 시뮬레이션 결과가 실험적 측정 결과와 동일한 것으로 나타나 높은 광반응성의 이유를 확인할 수 있었다.


기대 효과

개발한 대면적 2차원 나노판상 칼코겐 화합물은 그래핀 이후 ‘꿈의 반도체’ 기술로, 기존의 실리콘 기반 광전자회로를 보완 또는 대체할 것으로 기대된다. 또한 이 물질을 활용한 이미지센서 어레이뿐만 아니라 차세대 유연/투명 디스플레이 구동회로 뿐만 아니라, 추후의 연구를 통하여 광전자소자, 에너지 소자, 나노바이오센서 분야의 핵심 소재로 활용될 것으로 기대된다.


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