그래핀-금속 접촉저항을 최소화해 전류 손실을 획기적으로 줄일 수 있는 기술이 개발됐다. 미래 그래핀 기반 나노반도체 소자 발전에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
박진홍 성균관대 교수 연구팀은 n-형 도핑 기술과 그래핀 모서리 디자인 변형으로 그래핀-금속 전극의 접촉저항을 기존보다 약 4배 줄여 세계 최저 수준(~23옴-마이크론)으로 낮추는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
그래핀은 두께가 종이처럼 얇으면서도 전기·기계적 광학적 특성이 뛰어나 차세대 반도체 물질로 각광받고 있다. 하지만 전자상태밀도가 높은 금속 전극보다 상대적으로 전자상태 밀도가 낮아 높은 접촉저항을 발생시킨다. 그래핀 기반 응용소자의 고성능 확보가 어려운 이유다. 공정 과정 시 그래핀 모서리와 금속 전극을 정확하게 접촉시키기 어려웠다.
연구팀은 이런 한계를 극복할 수 있는 방법을 연구했다. 그래핀 전자상태밀도를 증가시키기 위해 n-형 도핑기술을 적용하고 금속 전극 하부 그래핀 모서리를 의도적으로 길게 디자인했다. 그래핀-금속 접촉저항을 세계 최저 수준인 ~23옴-마이크론까지 최소화했다.
연구팀은 전자를 공급하는 트리아진 분자가 포함된 고분자절연물질을 그래핀 아래층에 두고 가열 공정함으로써 기존의 그래핀을 전자상태밀도가 높은 n-형으로 도핑시키는 방법을 발견했다. 그 결과 기존 그래핀 소자 대비, 동일 동작전압 인가 시 약 4배 높은 동작전류를 확보할 수 있게 되었다.
박진홍 교수는 “그래핀을 기반으로 하는 차세대 전자소자 또는 광전소자의 성능을 극대화해 차세대 플렉시블 스마트 기기 등 다양한 응용분야에 적극 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.
연구결과는 나노소자와 재료공학 분야 세계적 학술지 ‘어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)’에 2월 3일자 표지 논문으로 게재됐다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
