IBS, 주름진 산화막 이용해 늘어나는 그래핀-탄소나노튜브 소자 개발

좌우로 잡아당겨도 깨지지 않고 늘어나는 전자소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이를 활용해 접을 수 있고 입을 수 있는 컴퓨터와 피부에 붙이는 센서 등의 개발이 앞당겨질 것으로 전망된다.

교육과학기술부는 기초과학연구원(IBS) 이영희 나노구조물리연구단장 연구팀과 미국 피츠버그대학교, 캘리포니아 대학교 협력연구팀이 주름진 산화막을 이용해 최대 20%까지 늘어나는 '그래핀-탄소나노튜브 소자'를 개발했다고 4일 밝혔다.

그래핀과 탄소나노튜브는 우수한 전자 이동 특성과 변형에 견디는 독특한 특성을 갖고 있어 그동안 연구자들은 휘어지는 전자소자에 대한 응용연구를 진행해왔다. 전도성 물질인 그래핀을 전극으로 이용하고 반도체인 탄소나노튜브를 전자 통로로 이용해도 이를 제어하는 절연막으로 사용되는 산화물이 쉽게 깨져 늘어나는 소자를 만드는데 어려움이 있었다.

그러나 이영희 단장 연구팀은 기존 산화막이 평평한 구조로 이루어져 쉽게 깨진다는 점을 발견, 이를 대체할 수 있는 주름진 산화막을 개발해 문제점을 극복했다.

이영희 교수팀은 구리기판 위에 산화막 물질인 알루미나를 증착시키고 메타크릴 수지 고분자를 코팅 한 뒤, 구리를 녹이는 용액을 이용해 구리기판을 제거했다. 이 과정 중에 알루미나층이 변형력 이완으로 주름진 모양을 가질 수 있게 됐다.

연구팀은 이 주름진 산화막을 그래핀-탄소나노튜브 반도체 소자에 전사해 절연막으로 사용한 결과, 산화막이 깨지지 않고 주름진 형상 때문에 주름이 펴지면서 최대 20%까지 늘릴 수 있었다.

이번에 제작된 산화막은 주름이 자연적으로 형성돼 여러 방향으로 늘려도 잘 견뎠다. 또 소자를 만드는 데 사용된 재료가 투명해 완성된 소자는 80%의 투과도를 가졌다.

이영희 교수는 "기존 실리콘소재와 실리콘 산화막은 불투명하고 깨지기 쉬워 미래의 투명하고 늘어나는 소자 및 디스플레이에 적용할 수가 없는 단점이 있었으나 주름진 산화막과 그래핀-탄소나노튜브로 이러한 실리콘 소자의 한계를 극복해 꿈의 신소재를 실제 전자소자로 응용할 수 있게 됐다"며 "휘어지는 것을 넘어, 늘일 수도 있는 투명한 소자 및 디스플레이, 접이형 컴퓨터, 의복형 컴퓨터, 피부에 붙이는 센서 등 무한한 활용 가능성을 열었다"고 말했다.

[e-mail] 박지현 기자