3차원 전자소자 개발 돌파구 마련

(지디넷코리아=안희정 기자)국내 연구진이 찢어지지 않는 그래핀 입체 코팅법 개발로 고성능 3차원 전자소자 개발을 앞당겼다.

한국연구재단은 성균관대학교 안종렬 교수 연구팀은 0.25 나노미터 두께의 그래핀을 3차원 입체구조의 실리콘 기판에 코팅 시키는 기술을 최초로 개발했다고 3일 밝혔다. 그래핀은 탄소 원자들이 2차원 상에서 벌집모양의 배열을 이루면서 원자 한 층의 두께를 가지는 전도성 물질을 뜻한다.

최근 고체 내 전자의 전도(傳導)를 이용한 전자 부품인 전자소자를 3차원 구조로 만드는 연구가 활발히 진행되고 있다. 옆으로 붙여나가던 소자들을 위로 쌓을 수 있다면 집적도를 높여 크기를 줄일 수 있을 뿐 아니라 기능 또한 향상시킬 수 있기 때문이다.

그래핀이 코팅된 3차원 실리콘 기판

그래핀의 유연성과 높은 전기전도를 그대로 부여한 3차원 전자소자 개발도 진행 중이다. 그러나 그래핀은 입체 모양으로 만들면 금새 평면으로 복원되는 불안정성이 있고 입체적인 모양에 코팅할 경우 찢어지는 등 3차원 입체에 적용하는 데 문제점이 있었다.

이때문에 연구팀은 화학물질을 포함하는 가스에 열을 가해 기판 위에 흡착시키는 화학기상증착법으로 그래핀을 구리박(Cu foil)에 0.25nm 두께로 성장시키고 그 위에 투명하고 강한 플라스틱인 피엠엠에이(PMMA)를 코팅한 후 구리를 녹여냈다.

이 것을 3차원 기판에 옮긴 후 피엠엠에이를 충분히 많이 추가하고 액체 상태로 만들면 중력에 의해 자연스럽게 기판에 스며든다. 이와 동시에 그래핀도 찢어지거나 들뜨지 않고 기판의 입체 모양에 달라붙는다. 최종적으로 피엠엠에이는 고온에서 가열하면 모두 제거된다.

개발한 그래핀의 3차원 입체 코팅 기술은 현재 개발되고 있는 다양한 3차원 실리콘 전자소자의 소재와 융합해 보다 뛰어난 성능을 가진 3차원 전자소자를 개발하는 데 크게 기여할 것으로 보인다. 예를 들어 3차원 구조물에 그래핀을 코팅하면 부도체 구조물일 경우 표면을 금속 특성으로 바꿀 수도 있고, 보다 잘 휘어지는 구조물로 바꿀 수도 있다.

이 기술은 그래핀과 같은 2차원 소재인 질화붕소(h-BN), 흑린(BP), 몰리브덴 설파이드(MoS2) 등에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

안종렬 교수는 “이번 연구는 최근 개발되고 있는 그래핀과 같은 2차원 물질을 적용한 신기능성 3차원 전자소자, 에너지소자 등을 개발하는데 크게 기여할 것으로 보인다”라고 의의를 밝혔다.

한편 연구결과는 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 '나노스케일(Nanoscale)' 온라인판 10월 29일자에 게재됐다.

안희정 기자(hjan@zdnet.co.kr)

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