2024-03-28 17:36 (목)
단결정 그래핀 대량 합성기술 세계 최초 개발
상태바
단결정 그래핀 대량 합성기술 세계 최초 개발
  • 육심무
  • 승인 2014.04.04 15:08
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

황성우 박사-황동목 교수, 그래핀 성장시킬 합성 방법 찾아

▲  그래핀 웨이퍼 : 게르마늄이 입혀진 실리콘 웨이퍼표면에서 성장한 단결정 그래핀 (왼쪽) 그래핀 웨이퍼의 실제사진 (오른쪽) 그래핀 웨이퍼 표면의 가상 이미지 <사진출처 = 성균관대>

[동양뉴스통신] 육심무 기자 = 삼성전자 종합기술원 황성우 박사와 성균관대 신소재공학부 황동목 교수 연구팀이 국내 연구진이 웨이퍼 크기의 대면적 단결정 그래핀을 성장시킬 수 있는 합성방법을 세계 최초로 개발해 꿈의 신소재인 그래핀의 실용화를 획기적으로 앞당길 수 있는 새로운 전기를 마련했다.

그래핀은 탄소로 이뤄진 단일 원자층 물질로 실리콘에 비해 백배 이상의 전자이동도를 갖는데다 기계적 강도와 신축성 등이 뛰어나 차세대 전자소자 등에 활용될 수 있는 꿈의 신소재로 주목받고 있다.

미래창조과학부와 한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 그 중요성을 인정받아 사이언스 온라인 속보 4일자로 소개됐다. (논문명 : Wafer-Scale Growth of Single-Crystal Monolayer Graphene on Reusable Hydrogen-Terminated Germanium)

▲성균관대 신소재공학부 황동목 교수  

연구팀은 기존 금속 촉매 위의 그래핀 합성과 거의 비슷한 장비와 조건을 사용해 반도체 웨이퍼 위에 단결정 그래핀을 합성하는 기술을 개발했다.  

연구팀은 단결정 그래핀 합성에 일반적으로 사용되는 금속촉매 대신 실리콘 웨이퍼 표면에 입힌 게르마늄을 이용했다.

원자들이 한쪽 방향으로 가지런히 정렬된 게르마늄의 구조를 이용하면 그 위에 성장시키는 그래핀 씨앗들 역시 일정한 방향으로 연결되어 넓은 면적의 단결정의 그래핀 합성이 가능하다.

이렇게 합성된 단결정 그래핀은 같은 조건에서 만들어진 다결정 그래핀에 비해 이동도 등 전기적인 특성이 월등히 높게 나타났다.

특히 게르마늄은 그래핀과 지나치게 강하게 결합하지 않아 실리콘 웨이퍼로부터 분리가 쉽다는 것도 장점이다. 그래핀을 분리한 후, 게르마늄 웨이퍼를 다시 그래핀 합성에 재사용할 수 있어 친환경적이고 경제적이기 때문이다.

▲  게르마늄이 입혀진 실리콘 웨이퍼 표면에서의 단결정 그래핀 반복제조 방법 <사진출처 = 성균관대>

그래핀 다결정으로 합성하는 기존의 대면적 합성방식은 그래핀의 전도도나 기계적 강도를 저하시킬 수 있어 응용에 한계가 있었다.

▲  삼성전자 종합기술원 황성우 박사

이번 단결정 대면적 제작기술 개발이  경제적이기 때문에 향후 반도체나 디스플레이 분야에서의 그래핀 소자의 활용 가능성이 넓어질 것으로 기대된다.  

삼성전자 종합기술원 황성우 박사는 “이번에 발표된 단결정 그래핀 합성법은 그래핀의 전자소자 응용을 더욱 앞당길 수 있는 중요한 기술이 될 것이며 앞으로 후속연구를 통해 단결정 그래핀의 크기를 더욱 크게 하여 상용화할 것”이라고 밝혔다.

한편, 게르마늄 반도체위에 그래핀을 합성하게 되면 금속 기판과는 달리 그 사이에 수소 원자층이 형성되어서 트랜스퍼 공정에 매우 유리하게 작용하게 된다.  

트랜스퍼 공정에서는 그래핀을 기판으로부터 때어내어야 하기 때문에 기판과의 반데르발츠힘에 의한 접착력 (Van der Waals force)이 중요한데, (강할 경우는 그래핀이 손상을 받게 된다) 수소층으로 인해 접착력이 매우 약하지는 특징이 있다.

또한 그래핀의 기판으로 사용된 게르마늄 반도체는 소자에 적용이 가능한 기판으로 앞서 문제점으로 지적된 트랜스퍼 (전사) 공정 없이 그래핀 소자를 제작할 수 있다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
주요기사
이슈포토