포스텍, 2차원 전도성 금속 유기 골격체 합성…최초로 박막 제작 성공

전기 전도도 획기적으로 높여…기존 합성법의 약 73배

반도체 공정으로 금속 유기 골격체(MOF) 전기 전도도를 '73배' 높인 기술이 개발됐다. 박막 제작에 성공해 다양한 전자 소자 제작에 유용하게 활용될 수 있을 전망이다.

포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 최희철·박선아 화학과 교수·통합과정 최명근 씨, 심지훈 화학과·첨단재료과학부 교수 연구팀이 일본 도쿄공업대학과 공동연구로 화학기상증착법을 활용해 2차원 전도성 금속 유기 골격체의 박막을 합성하는데 최초로 성공했다고 18일 밝혔다.

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MOF 전기 전도도를 73배 높인 기술을 개발한 연구팀. 왼쪽부터 최희철 교수, 심지훈 교수, 박선아 교수, 최명근 씨

MOF는 독특한 다공성 구조 때문에 물질을 분리하거나 흡수하기 쉬워 가스 분리·저장이나 약물 전달, 촉매 등 다방면으로 활용될 수 있는 핵심 소재다. 전자 소자에 적용하기 위해선 전기가 통하는 금속 유기 골격체가 필요한데 기존 방법으로는 분말 형태로만 만들 수 있어 전자 기기에 적용시키기 어려웠다. 산업에 적용 가능한 박막 형태로 제작하기 위해선 복잡한 과정을 거쳐야 했다.

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전구물질 간 증기상 반응을 통한 2차원 전도성 금속 유기 골격체 박막 형성과정을 나타낸 개념 모식도. (2차원 전도성 금속 유기 골격체 박막 합성을 위한 화학기상증착법 기술)

연구팀은 반도체 산업에서 박막을 합성하는 데 주로 쓰이는 화학기상증착법을 적용, 기상 반응을 통해 면적이 큰 전도성 금속 유기 골격체 박막을 합성하는 데 성공했다. 특히 이 박막은 두께가 균일하게 증착될 뿐만 아니라, 표면이 매끄러워 전자 소자를 만들 때 성능을 극대화할 수 있다.

연구 결과 박막으로 만든 마이크로미터(㎛) 크기 전자 소자는 92.95S/cm(지멘스/센티미터)의 높은 전기 전도도를 기록했다. 용매열 합성법으로 만들어진 전도성 금속 유기 골격체 전기 전도도(1.26 S/cm)의 약 73배에 달한다.

그동안 분말 형태에서 낮게 나타났던 전기 전도도를 획기적으로 높인 성과다. 전도성 금속 유기 골격체의 잠재적 특성을 정확히 파악하는 실마리가 될 것으로 기대된다. 또 박막 형태로 만들어져 전계효과 트랜지스터, 화학저항 센서, 전기화학 촉매 등 다양한 전자 소자 제작에 유용하게 활용될 수 있다.

한국연구재단 기초연구사업과 삼성전자 지원으로 이뤄진 이번 연구성과는 최근 국제 학술지 'JACS'에 게재됐다.


포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com


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