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4초만에 꿈의 신소재 ‘그래핀’ 결함 찾아낸다

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- 중앙대 연구팀, 대면적 그래핀 결함 평가 광학기법 개발

헤럴드경제

국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈' 인사이드 백 커버에 소개된 연구내용 모식도.[중앙대 제공]


[헤럴드경제=구본혁 기자] 꿈의 신소재로 불리는 그래핀 표면의 결함을 500만 화소의 카메라로 4초만에 찾아낼 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 중앙대학교 융합공학과 손형빈 교수 연구팀이 전사된 대면적 그래핀의 결함 및 잔류물들을 고속으로 평가할 수 있는 광학기법을 개발했다고 27일 밝혔다.

촉매(구리) 기판에서 부도체 기판으로 그래핀을 전사하는 공정은 트랜지스터, 광센서, 바이오센서 같은 전자소자 제작에 필수적이다.

전사 후에는 고가의 공초점 라만분광법이나 원자현미경을 이용해 수백 ㎛2면적 표면의 결함을 측정하는데 이 과정에 십 분 이상 또는 수 시간이 걸린다. 때문에 그래핀 소자의 대량생산을 위해 대면적 그래핀을 보다 빠르게 검사하는 방법이 필요하다.

원자 하나 두께인 아주 얇은 그래핀을 고분자 박막으로 코팅, 지지해 다른 기판에 옮긴 후 코팅을 다시 제거하는데 이 과정에서 그래핀이 찢어지거나 주름이 생길 수 있고 고분자 박막이 완전히 제거되지 않고 불순물로 남을 수도 있다. 이러한 결함이나 불순물은 그래핀 전자소자의 성능저하 또는 불량으로 이어진다.
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위상천이 간섭계를 이용한 전사된 그래핀의 형태학적 정성평가 모식도.[중앙대 제공]

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연구팀은 기존 장비보다 구조가 단순한 위상천이 간섭계를 이용해 고해상도 카메라(5백만 화소)로 1 mm2 대면적 영역의 그래핀 표면을 4초 이내에 검사하는 데 성공했다.

쌀알 면적의 그래핀 영역에 대해 사진 4~7장을 연속적으로 얻고, 표면에서 반사된 빛의 위상을 계산했다. 그를 통해 표면의 높이 정보를 얻어 표면의 찢어짐이나 주름, 불순물 존재를 알아냈다.

탐침이 표면의 여러 지점을 옮겨 다니며 순차적으로 측정해 나가는 기존의 방식 대비 속도가 크게 향상시킨 것이다.

수 백 ㎛2 크기에서 가능했던 검사를 mm2 단위의 대면적으로 확대할 수 있는 실마리를 제공한 것으로 그래핀 외에도 원자층 두께의 다양한 이차원 소재로 확장할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈’ 인사이드 백 커버 논문으로 9월 24일 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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