금속 액체방울로 새로운 나노물질 개발

【 대전=조석장기자】 새로운 양자·전자소자 소재인 ‘텔루라이드 나노벨트’와, 소자를 보호해줄 그래핀 제어 기술이 등장했다.

울산과학기술원 권순용 교수·곽진성 연구교수 연구팀이 용융금속합금 액체방울을 이용해 고품질 텔루라이드 나노벨트를 제조했고, 이를 수분으로부터 지켜줄 그래핀의 봉지막 기능을 향상시켰다고 한국연구재단이 9일 밝혔다.

꿈의 신소재인 그래핀이 발견된 후, 이와 유사한 2차원 층상구조의 칼코겐 화합물들도 활발히 연구되고 있다.

그 중 텔루라이드는 위상절연체 트랜지스터, 나노소자 내 연결소재, 상변이 메모리 등 다양한 미래 반도체 및 나노 전자소자 분야에서의 높은 응용이 기대된다.

하지만 텔루륨 원자의 낮은 반응성과 안정성 때문에 아직까지 고품위 전이금속 텔루라이드 제조에 많은 어려움이 있다.

텔루라이드가 대기 중의 수분에 매우 취약하기 때문에 이들의 우수 기능을 장시간 유지시킬 수 있는 봉지막이 필요하기 때문이다.

연구팀은 텔루륨이 다량 포함된 금속합금 액체방울 속에서 텔루라이드 핵 생성 및 성장을 유도하는 새로운 공법을 개발했다. 낮은 온도에서(500℃ 이하) 단시간에 1차원 텔루라이드 나노벨트를 웨이퍼 스케일로 대면적 제작할 수 있고, 텔루라이드의 화학 조성비도 조절할 수 있다.

연구팀은 또 그래핀이 수분을 투과하지 못하도록 제어하는 기술도 개발했다. 화학기상증착법으로 성장된 그래핀의 수분 투과 통로를 시각화해 그래핀의 주름이 수분을 투과시킴을 규명했다. 이어 비정질 탄소를 활용해 수분 투과를 막고 봉지막으로서의 특성을 향상시켰다.

권순용 교수는 “이 연구는 새로운 성장개념을 도입해 1차원 층상구조 소재 성장 및 이들의 형상 제어를 실현한 것이다. 1차원 물질과 2차원 물질이 융합된 신개념 나노소자에 적용될 것으로 기대된다“고 연구의 의의를 설명했다.

곽진성 연구교수는 ”향후 그래핀 봉지막 상용화를 위해 수분 투과 통로인 그래핀 주름 제어를 연구할 계획이다“라고 후속연구 계획을 밝혔다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노·소재기술개발사업, 기초연구사업의 지원으로 수행되었다.

재료분야 국제학술지 어드밴스트 머터리얼스(Advanced Materials) 7월 26일에 두 편의 논문으로 동시에 게재됐다.

■용어설명
△칼코겐(chalcogens) : 주기율표 16족 원소 중 황(S)·셀렌(Se)·텔루륨(Te)의 3원소

[e-mail] 조석장 기자