2차원 물질은 뛰어난 전기적, 광학적, 기계적 특성을 가지고 있어, 광전자 장치, 바이오센서, 압전장치, 시냅스 트렌지스터 등 다양한 분야에서 주목받고 있다. 이러한 2차원 물질 중 층 구조를 갖는 전이금속 디칼코게나이드 물질은 큰 비표면적, 다양한 종류 및 밴드갭 조정 가능성을 가진다는 장점으로 인해 가스 센서 제작에 적절하다. 대표적인 n형 전이금속 디칼코게나이드 물질인 이황화몰리브덴(Molybdenum disulfide, MoS₂)은 두께가 얇아질수록 밴드갭은 증가하고 높은 전자이동도를 가지게 되어 전계 효과 트렌지스터 (Field-Effect Transistor, FET) 기반 센서 제작에 적합하다.
그러나 현재 MoS₂를 기반으로 만들어진 FET 기반 가스 센서는 NOx와 NH₃와 같은 반응성 가스를 제외한 비반응성 가스를 감지하는 데에는 한계가 있다. 따라서 필자는 다공성, 낮은 중량밀도, 넓은 비표면적을 가지고 있어 선택적으로 촉매나 가스를 저장하고 전달하는 금속 유기 다면체 (MOP) 물질을 통해 이를 보완하고자 하였다.
본 연구에서는 2차원 MoS₂ FET를 제작하여 다양한 가스 환경(질소, 아르곤, 산소, 에어)에서, 소자 위에 MOP 물질을 쌓기 전과 후의 전기적 특성을 비교하였다. MOP/2차원 MoS₂ FET 이종 접합 구조는 순수한 2차원 MoS₂에 비해 반응성 가스인 산소 가스 및 공기 가스에 대한 감도가 향상되었다. 더욱 흥미로운 것은 반응성이 낮은 질소 가스와 비반응성 가스인 아르곤 가스도 이러한 이종 접합 구조에서 감지되었다는 것이다.
이 결과를 기반으로, 2차원 MoS₂ FET 소자 위에 금속 유기 다면체를 코팅함으로써 특정 가스에 대한 응답특성과 회복력을 높여, 가스 센서 성능 향상과 차세대 구조 개발에 도움이 될 수 있기를 기대한다.