한국과학기술연구원(KIST)과 MIT, 동국대 공동연구팀이 그래핀 반도체 상용화 기술을 개발했다. 새로운 소재와의 결합을 통해 기존 그래핀의 한계 극복한 것으로 전자 소자로서의 그래핀 상용화 가능성 높였다는 평가다. KIST 전북분원 복합소재기술연구소 소프트혁신소재연구센터 김수민 박사팀은 징 콩 미국 MIT 교수, 김기강 동국대 융합에너지신소재공학과 교수 연구팀 등과 함께 그래핀과 보론나이트라이드를 이용한 결합 구조 구현에 성공했다고 밝혔다. 연구 성과는 나노 분야 권위지 `나노 레터스(Nano Letters)` 3월호에 게재됐다.
그래핀은 전자의 이동도가 높은 물질이다. 때문에 기존 반도체 실리콘(Si)의 대체 물질로 활용될 것으로 기대되고 있다. 하지만 가장자리에서의 전자 산란으로 인한 불안정성과 기판으로 사용되는 산화 실리콘의 거친 표면으로 인한 전하이동도 저하로 상용화에 어려움을 겪어왔다.
연구팀은 이런 기존 단점을 개선하기 위해 그래핀과 같은 육각형 모양을 가진, 탄소가 아닌 보론과 질소로 이루어진 보론나이트라이드를 이용해 그래핀이 가지고 있는 문제점을 개선시킬 수 있는 새로운 하이브리드 구조를 구현했다. 화학증착법을 이용해 그래핀과 보론나이트라이드 두 물질을 단층이나 적층 구조의 결합 구조로 구현한 결과, 단층 결합 구조가 그래핀 가장자리의 전자 산란을 감쇠시키는 것으로 나타났다.
또 적층 구조의 경우 보론나이트라이드를 기판으로 적용한 결과 그래핀이 금속성에서 반도체성으로 전환됐으며, 기존 산화 실리콘의 거친 표면으로 인한 그래핀의 전하이동도 저하 문제도 개선됐다.
연구 결과는 향후 투명하면서 휘어지는 태양전지, 투명전극, 트랜지스터 등의 소프트 일렉트로닉스 분야에 큰 기여를 할 것으로 기대된다. KIST 김수민 박사는 “이번 연구는 그래핀 전자소자 연구의 최대 난제를 해결할 수 있는 새로운 연구 방향을 제시한 것으로 추후 새로운 소재를 통한 하이브리드 구조 연구에 기여할 것”이라고 말했다.
홍기범기자 kbhong@etnews.com
