'꿈의 신소재' 그래핀 반도체 상용화 길 열렸다

KIST 전북분원 등 국내 연구진, 기술 개발 성공

첨단 반도체 소재인 '그래핀(graphene)'을 상용화하는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 전북분원(분원장 홍경태) 복합소재기술연구소 소프트혁신소재연구센터 김수민 박사팀은 미국 메사추세츠 공과대학(MIT) 징콩(Jing Kong) 교수, 동국대 융합에너지신소재공학과 김기강 교수팀 등과 함께 국내 최초로 그래핀과 보론나이트라이드(Boron Nitride)를 이용한 결합구조 구현에 성공했다고 20일 밝혔다. 이번 연구성과는 나노분야의 세계적 권위지인 '나노 레터스(Nano Letters)' 3월호에 게재됐다.

그래핀은 흑연의 표면층을 한 겹씩 떼어낸 얇고 투명한 탄소 나노물질이다. 구리보다 1000배 가량 많은 전류를 흘려보내고 강도는 강철보다 100배 이상 강하다. 탄성이 뛰어나 '꿈의 신소재'라 불린다.

하지만 가장자리에서 전자산란으로 인한 불안정성과 기존에 기판으로 사용된 산화실리콘의 거친 표면으로 전하 이동도가 떨어져 그동안 응용과 상용화에 어려움을 겪어왔다. 그래핀은 탄소로 이뤄졌지만 탄소가 아니라 수소나 산소 같은 원소들이 붙어 그래핀의 가장자리가 불안정해질 경우 전자 이동이 방해받기 때문이다.

연구팀은 이 가장자리를 그래핀과 비슷한 구조인 질소와 보론으로 이루어진 보론나이트라이드로 그래핀이 가지는 문제점을 개선할 수 있는 새로운 하이브리드 구조를 구현하는데 성공했다. 전자소자로서의 그래핀 연구에 큰 돌파구를 마련할 것으로 기대되고 있다.

KIST 김수민 박사는 "이번 연구는 그래핀 전자소자 연구의 최대 난제를 해결할 수 있는 새로운 연구방향을 제시했다"며 "투명하면서도 휘어지는 태양전지, 투명전극, 트랜지스터 등 소프트 일렉트로닉스 분야에 기여할 것으로 전망된다"고 말했다.