이차원 소재는 한 층 내에서의 원자들 간 공유결합 을 통해 매우 강한 결합력을 가지고 있고, 그 층들은 반 데르 발스 결합을 통한 적층 형태로 존재한다. 그래서 특징적으로 이차원 소재들은 기계적으로 단일 층 또 는 수 층으로 박리되는 특징을 가지고 있다. 이와 같이 흑연으로부터 쉽게 박리되는 가장 친숙한 이차원 소 재인 그래핀 (graphene)은 탄소원자의 2차원 sp2 공 유결합의 육각형 형태로 연결된 2차원 평면 구조를 가 지면서 원자 한 층의 두께 (0.35 nm)를 가지는 탄소 의 2차원적인 동소체이다. 그래핀은 탄소 나노 구조체 의 기본구조로, 2004년 Andre Geim과 Konstantin Novoselov 연구진에 의해, 한 겹짜리 그래핀을 획득하 는 공정의 성공이 보고된 이후, 그래핀 자체의 우수한 전기적, 물리적 특성으로 인하여 큰 관심을 불러일으켰 다. 예를 들면 그래핀은 강철의 200 배나 되는 기계적 강도와 유연성을 동시에 지니고 있으며[2], 넓은 비표 면적, 구리보다 100배 높은 전기 전도성 및 다이아몬드보다 우수한 열전도도(~ 5,000 W/mK)[3] 와 입사하 는 빛의 97.7%를 투과시키는 광학적 특성[4] 등의, 뛰 어난 물성을 가질 뿐 아니라 구조적, 화학적으로도 매 우 안정적이다. 이와 아울러 상온에서의 전자의 이동 도는 200,000 cm2 /V•s 이상으로[5] 실리콘보다 약 100배 이상 높아 기존 실리콘 기반의 전자소자를 대체 할 수 있는 가장 유력한 핵심 전자 소재로 인식되고 있 다. 하지만, 그 후 많은 연구가 진행되면서 그래핀은 밴 드갭의 부재로 반도체로 활용하기에 부적합하며, 밴 드갭을 증가시키기 위해 도핑, 미세 구조 개질 등을 시 도할 경우 이동도가 급격히 저하되는 등 우수한 반도 체 특성을 얻기 위해서는 많은 노력이 필요함이 알려 졌다. 이에 따라 새로운 이차원 반도체 소재들을 모색 하던 국내외의 많은 연구 그룹들이 MoS2, WSe2 등의 전이금속 칼코겐화합물 및 BN 등의 다른 이차원 소재 에 대한 연구에 집중하기 시작하였다. 이차원 소재들 로는 그래핀 외에 전이금속 산화물, 황화물, 셀렌화물 등의 전이금속 칼코겐 화합물과 질화붕소(BN) 등이 있 다. 전이금속 칼코겐화합물 (TMD: Transition Meta Dichalcogenides)은 MX2의 화학식으로 나타내는데, M은 전이금속원소 (d-orbital에 전자가 존재하는 원 소를 통칭, 주기율표 3~12 족), X는 칼코겐 원소(주기 율표 16 족)로서 서로 공유 결합을 하고 있다 (그림 1). TMD 소재들은 구성 원소에 따라 금속, 초전도, 또는 반도체 특성을 나타내며, 그 중 반도체 특성을 나타내 는 소재들은 황화물과 셀렌화물, 텔루륨화물 등이다. 단층 또는 수층 이내의 박막형 이차원 반도체는 기존의 두꺼운 층 또는 벌크 형태의 반도체들과 뚜렷하게 구별 된다. 원리적으로 구성 원자들과 이차원적인 상호 작 용만 하므로 캐리어들의 수송이 통상적인 박막이나 벌 크와는 매우 다른 수송 양상을 나타내며, 이로부터 기 대되는 특성이 고 이동도, 고속, 저전력 등이다. 뿐만 아니라 반도체 층의 두께가 수 nm 이내이므로 투명하 고 유연한 특성이 큰 장점이 될 수 있다. 또한, 벌크 또 는 통상적인 두께의 박막 상태에서 간접천이 특성을 나 타내던 소재가 단일 층 또는 수 층 이내의 두께로 제조 하면 직접천이 특성을 나타내며, 광 반응성이 우수하여 광전 소자에의 활용성도 동시에 기대되고 있다. 그래서 일각에서는 MoS2을 비롯한 TMD 소재들이 차세대 전 자소자에 크게 활용되고, 궁극적으로 실리콘 반도체를 대체할 수도 있다는 기대감을 나타내고 있다.