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그래핀 입체코팅 기술 개발…3차원 전자소자 개발 돌파구

성균관대 안종렬 교수 "그래핀 이용한 3차원 전자소자 구현 연구할 것"

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 원자 1개 두께인 그래핀을 3차원 입체구조 실리콘 기판에 코팅하는 기술을 개발, 고성능 3차원 전자소자 개발의 돌파구를 마련했다.

성균관대 물리학과 안종렬 교수팀은 3일 구리박막 위에 그래핀을 성장시키고 그 위에 고분자물질(PMMA)를 코팅한 다음 구리박막을 녹여내고, 이것을 3차원 기판 위에 옮겨 그래핀만 코팅하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행된 이 연구 결과는 나노과학분야 국제학술지 '나노스케일'(Nanoscale. 10월 29일자) 온라인판에 게재됐다.

그래핀이 코팅된 3차원 실리콘 기판. 위쪽 그림은 3차원 코팅된 그래핀/실리콘 구조의 개괄도. 아래쪽 그림은 실제 실험에서 그래핀이 3차원으로 코팅된 실리콘 기판 사진. 아래쪽 그림에서 그래핀이 찢어지거나 뜨지 않고 완벽하게 3차원 구조물에 코팅된 것을 확인할 수 있다. <<성균관대 제공>>

상용화된 실리콘 기반의 전자소자들은 2차원 평면구조여서 집적도를 높이는 데 한계가 있다. 이에 따라 최근 전자소자를 위로 쌓을 수 있는 3차원 구조로 만드는 연구가 활발히 진행되고 있다.

3차원 전자소자 구현하는 물질로 탄소 원자들이 6각형 벌집모양으로 결합해 원자 한 층 두께(0.25㎚)의 유연한 전도성 막을 이루는 그래핀이 주목받고 있다.

그러나 그래핀은 입체 모양으로 만들면 바로 평면으로 복원되는 불안정성이 있고 입체적인 모양에 코팅하면 찢어지는 등 3차원 입체에 적용하는 데 문제가 있다.

연구진은 이 연구에서 그래핀을 복잡한 3차원 구조의 기판에 온전히 코팅하는 기술을 개발했다.

먼저 화학물질을 포함한 가스를 가열해 기판 위에 흡착시키는 화학기상증착법으로 그래핀을 구리박막 위에 0.25㎚ 두께로 성장시키고 그 위에 PMMA를 두껍게 코팅한 다음 구리 박막은 녹여서 제거했다.

이어 그래핀-PMMA 막을 3차원 기판에 옮기고 가열해 PMMA가 녹아내릴 때 그래핀이 중력에 의해 3차원 기판 구조 위에 스며들듯이 코팅되도록 한 다음 PMMA를 고온으로 다시 가열해 모두 제거했다.

연구진은 그래핀이 찢어지거나 들뜨지 않고 기판의 입체 모양에 달라붙었다며 이 3차원 그래핀 코팅 기술을 현재 개발되고 있는 다양한 3차원 실리콘 전자소자 소재와 융합, 고성능 3차원 전자소자 개발에 기여할 것이라고 설명했다.

또 이 기술은 그래핀과 같은 2차원 소재인 질화붕소(h-BN), 흑린(BP), 황화몰리브덴(MoS2) 등에도 적용할 수 있을 것이라고 연구진은 덧붙였다.

안종렬 교수는 "이 연구는 최근 개발되고 있는 그래핀 같은 2차원 물질을 적용한 신기능성 3차원 전자소자, 에너지소자 개발 등에 크게 기여할 것"이라며 "후속으로 그래핀 3차원 코팅 기술을 3차원 전소자 구현에 적용하는 연구를 할 계획"이라고 말했다.

성균관대 물리학과 안종렬 교수

scitech@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>2015/11/03 12:00 송고

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