그래핀에 대면적 반도체 집적하는 기술 개발

홍영준 세종대 교수팀, 반도체-그래핀 다중이종구조 제조기술 고안

홍영준 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 반도체와 그래핀의 다중이종구조 제조기술을 개발했다.

한국연구재단은 홍영준 세종대학교 그래핀연구소 나노신소재공학과 교수와 김광수 포스텍 화학과 교수팀 주도 연구팀이 샌드위치처럼 그래핀의 양면에 반도체를 동시에 집적시키는 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

연구 결과는 통해 현미경을 이용한 수작업 없어 그래핀 기판을 이용한 대면적 고밀도 소자 제작에 활기를 불어넣을 것으로 기대된다.

이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 추진하는 대학중점연구소지원사업 및 미래부와 한국연구재단이 추진하는 국가과학자지원사업의 지원으로 수행됐다.

연구 결과는 신소재 분야 학술지 어드밴스드 머티리얼즈지 17일자 뒷표지 논문으로 게재됐다.

얇고 전기전도도가 우수한 그래핀은 양쪽으로 도핑할 수 있어 투명하고 유연한 전자소자 구현을 위한 차세대 기판으로 주목받고 있지만 다른 물질과 결합할 수 있는 표면전자가 거의 없는 그래핀 표면에 반도체를 집적하는 기술을 개발하는 것이 관건이었다.

연구팀은 전기적으로 중성인 분자들이 서로 당기는 약한 정전기력인 반데르발스 인력을 이용하는 방식으로 그래핀 상하부 표면에 인듐비소 반도체를 증착시키는 데 성공했다.

기존 방식은 현미경으로 관찰하면서 그래핀 위에 반도체를 증착시키는 수작업이어서 대면적 반도체 공정에 적합하지 않았다.

화학결합이 아닌 반데르발스 인력을 이용해 그래핀 처럼 화학결합은 할 수 없지만 물성이 뛰어난 다양한 나노소재를 반도체 기판으로 활용할 길이 열릴 것으로 기대된다.

연구팀은 그래핀을 공중에 띄운 상태에서 그래핀의 앞뒷면에 인듐비소를 증착시켜 50~60% 수율로 샌드위치 형태의 인듐비소/그래핀/인듐비소 이중이종접합 구조를 얻어냈다.

이는 반데르발스 인력으로 벌집모양 격자구조인 그래핀 표면의 원자배열을 따라 육각형 격자구조를 갖는 인듐비소가 단결정을 이룬 데 따른 것이다.

그래핀을 사이에 둔 인듐비소 반도체는 서로 다른 극성 방향을 갖는 것으로 나타났다.

김 교수 연구팀은 이론계산을 통해 그래핀의 뛰어난 전하차폐능력으로 샌드위치 형태의 인듐비소/그래핀/인듐비소 이중이종구조를 쉽게 제조할 수 있음을 입증했다.

홍 교수는 ＂새로운 형태와 구조의 반도체 소자를 제조하는데 중요한 물질인 그래핀에 반도체 나노소재를 집적하게 되면 새로운 기능을 가지는 소자들을 제조할 수 있을 것＂이라고 밝혔다.