국내연구진 저비용 그래핀 나노리본 제작기술 개발

국내 연구진이 저비용 단시간의 그래핀 나노리본 제작 기술을 개발해 웨어러블 소자나 접히는 디스플레이 분야의 상용화를 앞당길 수 있을것으로 기대된다.

미래창조과학부는 국내 연구진이 정렬 및 패터닝이 가능한 유기 나노선을 이용한 리소그라피 방법으로 저비용 단시간의 그래핀 나노리본 제작기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

미래부에 따르면 이 기술은 메모리·디스플레이 등 고집적 전자회로에 활용될 수 있는 그래핀 나노리본을 원하는 모양으로 넓은 면적에 걸쳐 매우 쉽게 제작할 수 있기 때문에 그래핀 나노리본의 우수한 전기적 특성과 그래핀 특유의 유연함과 투명함을 활용하는데 용이하다.

그래핀은 우수한 전기적 물리적 화학적 특성을 가지고 있어 차세대 전자 소자의 핵심 물질로 주목받고 있지만 밴드갭(전자가 지닐 수 있는 에너지의 허용된 대역)이 없어서 밴드갭을 활용하는 반도체 특성의 전자장치에서 사용하기 어려웠다. 그러나 그래핀이 나노리본 형태가 되면 밴드갭을 가지게 되고 그 폭이 좁아질수록 밴드갭이 커지게 되어 좁은 폭의 그래핀 나노리본을 확보해 그래핀의 반도체 특성을 활용할 수 있다.

이에 다양한 그래핀 나노리본 제작기술이 개발됐으나 공정단가가 높고 제작시간이 길어 기존 기술로는 트랜지스터나 메모리와 같은 전자소자에 적용하는 등 산업적으로 활성화하는데 한계가 있어왔다.

이번 연구에서 연구팀은 화학기상증착법을 통해 실리콘 기판위에 그래핀을 형성하고 그 위에 유기 나노선을 원하는 위치에 정렬시킨 후 필요없는 부분 제거하는 방법으로 유기 나노선의 형태를 따라 그래핀 나노리본을 제작했다. 이를 통해 기존에 시간이 많이 걸리고 높은 공정비용이 소요되며 대면적 패터닝이 어려웠던 그래핀 나노리본 제작 공정의 단점을 극복했다게 연구팀의 설명이다.

연구팀은 이 기술을 이용해 9나노미터(㎚)의 좁은 폭을 가진 그래핀 나노리본을 제작했으며 이를 전계 효과 트렌지스터의 채널로 이용해 향후 전자 소자로써의 가능성도 입증했다.

연구팀은 "기존 방식과는 달리 원하는 위치에 원하는 길이의 그래핀 나노리본을 대면적으로 제작할 수 있는 것은 물론, 저비용으로 간결한 공법이 가능하기 때문에 그래핀 나노리본을 이용한 전자소자의 연구를 더욱 가속시킬 것"이라며 "이번 연구성과는 2020년 50조원 규모로 성장할 것으로 예측되는 입는 컴퓨터 및 플렉시블 전자소자 등을 구현하기 위한 원천기술로 사용될 수 있을 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업의 일환인 '나노기반 소프트일렉트로닉스연구단'의 지원으로 포항공과대학교 신소재공학부 이태우 교수가 주도했으며 재료과학분야의 세계적 권위의 학술지인 '어드밴스드 머티리얼스'에 지난 10일 온라인 게재됐다.

[e-mail] 김혜민 기자