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'꿈의 신소재' 그래핀 이용 반도체 제작 원천기술 개발
작성자 웨스트팩 날짜 16-06-29 11:47
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이후종 포스텍 교수팀, 난제였던 전류 흐름 제어 기법 고안
 

(서울=연합뉴스) 신선미 기자 = '꿈의 신소재' 그래핀을 이용해 반도체 등을 제작할 수 있는 원천기술이 개발됐다. 그동안 그래핀을 반도체 소재로 활용하는데 큰 장애였던 전류 흐름 제어 기법이 새로 고안된 것이다.

미래창조과학부는 이후종 포스텍(포항공대) 교수팀이 일본 물질재료연구소 연구팀과 공동으로 그래핀에 전압을 걸어 전류의 흐름을 미세하게 제어하는 기법을 개발했다고 28일 밝혔다.

그래핀은 탄소 원자 한 층으로 이뤄진 얇은 판 모양의 소재로, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 반도체 소재인 실리콘보다도 100배 이상 전자를 빠르게 이동시키는 등 전기적인 특성이 뛰어나 흔히 '꿈의 신소재'로 불린다. 하지만 그래핀에서는 전류의 흐름을 미세하게 제어할 수 없어 실제 반도체 소재로 활용하는 데 어려움이 있었다.

연구진은 이를 해결하기 위해 전압을 이용해 전류가 흐를 수 있는 좁은 통로를 만드는 방법을 찾았다. 연구진은 우선 탄소와 붕소(B) 원자가 1:1로 섞여 층을 이룬 물질 사이에 그래핀을 넣어 전자이동도가 매우 큰 그래핀을 제작했다. 그 뒤 이 그래핀의 위와 아래에 각각 금속 패치(게이트)를 붙여 전압을 걸어 주변보다 전기 흐름이 큰 통로를 만들었다. 전기 통로의 폭은 수십 나노미터 정도에 불과하다. 연구진은 전류가 이 통로로만 흐르고, 동시에 그래핀의 고유한 전기적 특성이 그대로 유지된다는 것을 확인했다.

그동안 그래핀의 전류 흐름을 제어하기 위해 그래핀을 좁은 모양으로 잘라내 이 모양대로 전류가 흐르도록 하는 방법이 개발된 적은 있었다. 하지만 이 방법을 쓰면 그래핀의 가장자리에서는 전자의 이동성이 크게 줄어드는 등의 문제가 있었다.

이 교수는 "이번에 개발한 기법은 그래핀을 절단하지 않고도 게이트 전압만으로 그래핀의 고유한 전도특성을 유지하며 간단하게 전류의 흐름과 방향을 미세 제어할 수 있다"며 "그래핀을 이용한 정밀 전자소자 개발에 다양하게 활용할 수 있다"고 연구의 의의를 밝혔다.

이번 연구는 미래부 기초연구사업(집단연구) 지원으로 진행됐으며 연구 결과는 국제학술지 '네이처 피직스'(Nature Physics) 20일자에 실렸다.

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