제목  2 차원 물질의 서브 나노 미터 스케일 채널
기술동향  해외동향
작성자  뉴스 관리자 작성일  2017-12-20 조회  78
 

두께가 단지 몇 원자에 불과한 층에 증착된 "2 차원 재료"는 고성능 전자 장치 및 컴퓨팅을 유비쿼터스화하기 위해 물리적 표면에 적층될 수 있는 유연하고 투명한 전자 제품 모두를 개발할 수 있을 것이다.

가장 잘 알려진 2-D 물질은 탄소 형태인 그래핀 (graphene)이지만, 최근에 연구자들은 이황화 몰리브덴과 같은 다른 2-D 물질을 연구해왔다.

그러나 유용한 전자 제품을 생산하려면 동일한 평면에 여러 2 차원 재료를 통합해야 하며 이는 까다로운 문제이다. 2015 년 사우디 아라비아의 압둘라 대학 (Abdullah University) 연구팀은 텅스텐 디셀레나이드 (WSe2) 옆에 이황화 몰리브덴 (MoS2)을 증착하는 기술을 개발했다. 이 기술의 변형으로 코넬 대학 (Cornell University)의 연구팀은 깨끗한 접합부를 유지하면서 직경이 몇 원자에 불과한 길고 직선인 MoS2 와이어를 WSe2까지 연장할 수 있음을 발견했다.

MIT의 토목 및 환경 공학과 연구팀이 이 이상한 현상을 설명하는데 도움이 되는지 알아보기 위해 균열 진전의 원자 수준 모델을 전문으로 연구했다.

네이쳐 머터리얼스 (Nature Materials)의 최신호에서 국제 연구팀은 MoS2 형성의 기초가 되는 재료 증착 방법 및 메커니즘을 설명했다.

새로운 2-D 재료의 제조는 여전히 과제로 남아 있다. 특정 물질 구조를 만들 수 있는 메커니즘을 발견하면 이러한 물질을 응용 분야로 이동시키는 것이 중요하다. 이 과정에서 시뮬레이션과 실험의 공동 작업이 새로운 디자인 방향으로 특히 분자 수준의 재료 모델을 사용하여 진보시키는데 중요하다.

WSe2에서 길고 얇은 MoS2 채널을 생성하는 기능은 여러 가지 응용을 가질 수 있다.

[재료의] 전기적 특성과 광학 특성을 기반으로, 사람들은 태양 전지를 기반으로 한 MoS2와 WSe2를 사용하거나 햇빛을 이용한 물 분리를 고려하고 있다. 대부분의 흥미로운 것들은 인터페이스에서 발생한다. 나노 와이어처럼 인터페이스가 많은 경우 태양 전지의 효율성을 향상시킬 수 있다.

그러나 나노 와이어 형성의 근간을 이루는 분자 메커니즘에 대한 이론적 설명은 원자 규모 전자 부품의 조립을 가능하게 하기 위해 나노 와이어의 형성이 제어될 수 있다는 희망을 얻게 한다.

미래 전자 제품의 가장 유망한 후보자 중 하나인 2-D 재료는 궁극적으로 이미 수 나노 미터 크기의 실리콘 기반 디바이스를 대체하길 원하고 있다. 2-D 재료는 수직 방향으로는 가장 얇지만 측면 치수면에서 상당히 넓은 영역에 걸쳐 있다. 2-D 재료에서 가장 얇은 전위가 없는 채널을 만들었다. 이것은 2-D 물질의 하위 나노 미터 전자 장치를 향한 큰 발걸음이었다.

2-D 결정에서 MoS2와 WSe2는 자연적으로 구성 요소인 몰리브덴과 황 또는 텅스텐과 셀레늄이 교대하는 육각형으로 배열된다. 이 육각형은 벌집 패턴을 생성한다.

코넬 대학 연구원의 제조 기술은 재료 간 접합부 전체에 걸쳐 벌집 패턴을 보존해 전자 제품에 매우 유용하다. 이 기술은 화학 기상 증착법을 사용한다. 이 경우 기판 (이 경우 사파이어)은 화학 물질을 운반하는 가스에 노출되어 원하는 물질을 생성한다.

그러나 MoS2와 WSe2 육각형의 자연 크기는 약간씩 다르므로 이들의 통합은 두 결정, 특히 접합점 근처에 긴장감을 준다. MoS2 접합부의 한 쌍의 WSe2 육각형이 칠각형과 일치하는 육각형으로 변환되면 변형이 없어진다.

이 소위 5|7 전위는 MoS2 입자가 부착될 수 있는 장소를 만든다. 이에 따른 반응은 육각형을 생성하여 5 각 원자에 몰리브덴 원자를 삽입하고 7 각형을 개방한다. 황 원자는 7각형에 부착되어 또 다른 5|7 전위를 형성한다. 이 과정이 반복됨에 따라, 5|7 전위는 WSe2 영역으로 깊숙이 들어가고 나노 와이어가 그 뒤쪽으로 확장된다. 불일치 육각형의 변형이 완화되고 반복되는 패턴은 전위가 직선을 따라 진행하는 것을 보장한다.

 

출처

https://m.phys.org/news/2017-12-subnanometer-scale-channels-d-materials-future.html 

 

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