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'화이트 그래핀' 반도체 나올까…대면적 합성 성공

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면적 1만배↑…IBS "차세대 반도체 개발에 기여할 듯"

(서울=연합뉴스) 신선미 기자 = 롤러블 디스플레이처럼 돌돌 말리는 전자기기를 개발하려면 얇고 유연한 반도체가 필요하다. 현재 이런 차세대 반도체 재료로는 그래핀과 화이트 그래핀(h-BN·육방정계 질화붕소)이 주목받는데, 지금껏 반도체를 만들만한 면적으로 화이트 그래핀을 합성하지는 못했다.

기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단이 중국, 스위스 연구진과 함께 화이트 그래핀을 100㎠의 대면적으로 만드는 데 성공, 유연한 차세대 반도체 제작 가능성을 열었다. 연구결과는 23일 국제학술지 '네이처'(Nature)에 실렸다.

화이트 그래핀은 '꿈의 신소재' 그래핀을 구성하는 탄소(C) 원자를 붕소(B)와 질소(N) 원자로 치환한 소재다. 원자 한 층 정도로 이뤄진 얇은 평면구조는 그래핀과 유사하지만 그래핀과 달리 전기가 통하지 않는다.

그래핀과 화이트 그래핀을 번갈아 쌓으면 반도체를 만들 수 있다는 게 연구진의 설명이다. 그래핀의 경우 현재 대면적으로 만드는 기술이 있지만, 화이트 그래핀은 수㎟ 면적으로만 합성돼 반도체 구현의 기술적인 한계로 꼽혔다.

연구진은 이를 해결하고자 이론 연구를 진행, 단결정 구리 기판을 이용하면 화이트 그래핀을 대면적으로 합성할 수 있음을 알아냈다. 또 실험을 통해 실제 가로·세로가 모두 10㎝인 화이트 그래핀을 얻어내는 데 성공했다

이는 지금까지 학계에 보고된 면적 중 가장 넓은 것으로, 기존보다 1만 배 이상 면적을 키운 셈이다. 기존 반도체 제작에 적용할 수 있는 크기라는 점에서 산업적인 의의도 있다.

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분석장비로 관찰한 화이트 그래핀의 모습
100㎠ 면적의 화이트 그래핀을 분석 장비로 관찰한 모습. 원자의 배열이 규칙적임을 확인할 수 있다. [과학기술정보통신부 제공]



펑딩 IBS 다차원 탄소재료 연구단 그룹리더(울산과학기술원 특훈교수)는 "2차원 소재를 층층이 쌓아 사용하면 시너지를 낸다"며 "실리콘 이후 차세대 반도체 시장의 문을 열며 지금껏 상상하지 못했던 새로운 물성을 구현하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

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IBS 다차원 탄소재료 연구단의 펑딩 그룹리더(왼쪽)와 레이닝 장 연구원 [과학기술정보통신부 제공]



sun@yna.co.kr



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