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표면 탄성파를 이용한 2차원 반도....

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캘리포니아 대학의 리버사이드 캠퍼스(University of California Riverside)와 아우크스부르크 대학(University of Augsburg)의 연구진은 2차원 반도체의 특성을 조사할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 2차원 반도체는 광통신을 위한 실리콘 기반의 장치에 성능을 향상시킬 수 있는 독특한 특성들을 가지고 있다. 이 새로운 재료는 전자장치 및 광전자장치 분야에 적용될 수 있고, 단일층 박막을 더 잘 알 수 있게 하는데 기여할 것이다. 

이 연구는 저널 Nature Communications에 게재되었고, 니오브산 리튬(lithium niobate)의 기판 위에 이황화 몰리브덴의 단일 원자층 박막을 제조하는 공정으로 구성되어 있다. 이것은 휴대폰과 레이더 등과 같은 고주파수 신호를 사용하는 다양한 전자장치에 활용될 수 있다. 니오브산 리튬은 전형적인 강유전체이고 표면 탄성파 무선 주파수 장치와 집적 광학 등과 같은 많은 분야의 핵심 재료이다. 이것은 독특한 특성들을 제공하지만, 광학적 활성과 반도체성 전달이 부족하기 때문에, 광전자장치에 적용하는 것이 어렵다. 

니오브산 리튬에 전기적 펄스를 인가함으로써, 이번 연구진은 떨림처럼 니오브산 리튬의 표면을 따라서 초고주파수 음파(표면 탄성파)를 생성했다. 이런 표면파는 레이저광으로 니오브산 리튬을 조명했을 때 이황화 몰리브덴의 전기적 특성을 어떻게 변화시키는지를 확인할 수 있게 한다. 

유리가 올바른 피치(pitch)에 포집될 때 공진하는 것과 동일한 방식으로 휴대폰은 전기 신호를 필터링하는데 이런 표면파의 공진을 사용한다. 유리가 액체로 채워질 때, 공진하는 음조(tone)는 변하고, 이런 음조는 유리에 물이 얼마나 채워져 있는지를 확인할 수 있게 한다. 유사한 방식으로, 이번 연구진은 니오브산 리튬의 음파를 들을 수 있었고, 레이저 광이 이황화몰리브덴 속에 얼마나 많은 전류를 흐를 수 있게 하는지를 추측할 수 있었다. 또한 이번 연구진은 분석의 정확성을 입증하기 위해서 이황화 몰리브덴 박막 위에 트랜지스터 구조를 제조했다. 

이 장치는 실리콘 위에 설치된 이황화몰리브덴 장치와 경쟁할 수 있는 전기적 특성들을 가지고 있고, 표면 탄성파는 음파로 구동되는 배터리와 음향 광검출기를 구현할 수 있게 한다. 이것은 단일층 박막의 전기적 특성을 비침입적으로 조사할 수 있는 새로운 방법을 이끌 수 있다. “표면 탄성파를 만들기 위한 프로세스와 기판은 잘 확립되어 있기 때문에 새로운 분야에 쉽게 적용될 수 있을 것이다. 특히, 무선 원거리 감지 분야는 쉽게 적용이 가능할 것”이라고 이 연구를 이끌었던 Ludwig Bartels가 지적했다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Scalable fabrication of a hybrid field-effect and acousto-electric device by direct growth of monolayer MoS2/LiNbO3”라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/ncomms9593). 

그림. 샘플의 이미지. 단일층 MoS2/LiNbO3의 직접 성장을 통해서 제조된 하이브리드 전계 및 전기-음향 장치. 
출처 KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

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