한국외국어대학교(총장 박정운)는 김태경 전자물리학과 교수 연구팀이 전기 힘 현미경(EFM) 기술을 활용해 MoS2 박막을 산화해 생성된 MoO3 나노구조체의 국소적 유전상수 값을 이미징화하는 데 성공했다고 21일 밝혔다.

MoO3는 약 25에 달하는 높은 유전상수를 가지며, 이는 기존의 SiO2 소재 대비 6배 이상 높은 값이다. 이로 인해 MoO3는 차세대 나노 전자 소자를 위한 유망한 고유전율(high-k) 유전체 소재로 주목받고 있다. 그러나 MoS2 박막을 산화시켜 얻은 MoO3 나노구조체의 정확한 유전 특성은 그동안 충분히 밝혀지지 않았다.

김태경 교수 연구팀은 산화 주사 탐침 리소그래피(o-SPL) 기법을 통해 MoS2 박막을 산화하여 MoO3 나노구조체 어레이(array)를 제작했다. 이후 전기 힘 현미경과 유한 요소 계산(FEM) 방법을 활용해 MoO3 나노구조체가 높은 유전상수를 가지며, 구조체 크기와 관계없이 일정한 값을 유지함을 입증했다.

이 결과는 기존 나노 전자 소자에서 흔히 관찰되는 크기 의존성을 극복할 수 있는 중요한 돌파구를 제공한다. 즉, 향후 MoO3 나노구조체가 고성능 집적 회로 및 나노스케일 절연 소재로 활용될 가능성을 열었다고 할 수 있다. 또한, 연구팀은 고해상도 전자현미경(HRTEM)과 에너지 분산 X선 분광법(EDS)을 활용해 MoO3 나노구조체가 비정질 상태임을 확인했으며, 이는 기존 비정질 MoO3에 대한 부족한 이해를 보완하는 중요한 발견으로 평가된다.

김태경 교수는 "MoO3 나노구조체는 전자 소자뿐만 아니라 광학 및 센서 응용 분야에서도 높은 활용 가능성을 지닌다"라며 "이번 연구는 나노스케일 전자 소자에서 고유전율을 갖는 새로운 나노소재의 가능성을 열어줌과 동시에 차세대 소자에서 새로운 개념의 절연체로 활용될 수 있음을 보여주며, 나아가 나노 전자 소자 및 재료 과학 분야에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다"라고 밝혔다.

특히 이번 연구 성과는 국제저명학술지 나노 레터스(Nano Letters)에 지난 13일 자로 온라인 게재됐으며, 과학기술정보통신부 기본연구사업 지원으로 수행됐다.