21세기 들어 디지털 기술과 정보통신기술(ICT)의 급속한 발전으로 인공지능, 사물인터넷, 자율주행, 스마트의료, 차세대 에너지 산업 등 다양한 분야에서 요구되는 고성능 디바이스들은 더 작고, 더 빠르며, 더 적은 에너지로 더 많은 데이터를 처리할 수 있는 기술적 기반을 필요로 한다. 

기존의 실리콘 기반 벌크 소재는 오랫동안 반도체 및 전자 산업을 지탱해 온 핵심 재료였으나, 물리적 한계가 점차 뚜렷해지고 있다. 크기 축소에 따른 누설전류 증가, 발열 문제, 전하 이동속도 포화, 그리고 소재 자체의 유연성 부족은 차세대 전자소자의 요구 조건을 충족시키기에 부족함이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 대안으로 주목받고 있는 것이 바로 2차원(2D) 소재이다. 

2D 소재는 단 한 층의 원자 두께를 가지며, 그 구조적 단순성과 극도로 얇은 두께에도 불구하고 매우 독특한 물리적 성질을 보인다.

대표적인 2D 소재로는 그래핀(graphene), TMD, h-BN 등이 있으며, 이들은 각각 고유한 전기적, 광학적, 열적 특성을 바탕으로 미래 기술의 핵심 소재로 연구되고 있다.

그래핀, TMD, h-BN과 같은 2차원 소재들은 원자 단위의 두께에서 발현되는 물리적·화학적 특성 덕분에 기존의 소재가 해결하지 못한 다양한 기술적 한계를 극복할 수 있다. 그중에서도 그래핀–TMD 이종접합 구조는 각각의 소재가 가진 전도성, 밴드갭 제어 능력, 광응답 특성 등을 활용하여 고감도 광센서, 유연 태양전지, 고속 트랜지스터 등 차세대 전자소자에 적용할 수 있는 가능성을 보이고 있다.