'꿈의 신소재' 그래핀 실용화 앞당긴 신기술 개발

'꿈의 신소재' 그래핀 실용화 앞당긴 신기술 개발
- 웨이퍼 스케일의 단결정 그래핀 대량 합성기술 세계 최초로 개발
- 삼성전자-성균관대 산학협력 연구성과로 사이언스(Science)誌 게재

□ 국내 연구진이 웨이퍼 크기의 대면적 단결정 그래핀을 성장시킬 수 있는 합성방법을 세계 최초로 개발하여 꿈의 신소재인 그래핀의 실용화를 획기적으로 앞당길 수 있는 새로운 전기를 마련했다.
* 그래핀 : 탄소로 이뤄진 단일 원자층 물질로 실리콘에 비해 백배 이상의 전자이동도를 갖는데다 기계적 강도와 신축성 등이 뛰어나 차세대 전자소자 등에 활용될 수 있는 꿈의 신소재로 주목받는다.

o 삼성전자 종합기술원 황성우 박사와 성균관대학교 신소재공학부 황동목 교수 연구팀이 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구)과 선도연구센터지원사업 등의 지원으로 수행되었으며, 그 중요성을 인정받아 사이언스 온라인 속보(Science Express) 4월 4일자로 소개됐다.
(논문명 : Wafer-Scale Growth of Single-Crystal Monolayer Graphene on Reusable Hydrogen-Terminated Germanium)

□ 연구팀은 기존 금속 촉매 위의 그래핀 합성과 거의 비슷한 장비와 조건을 사용해 반도체 웨이퍼 위에 단결정 그래핀*을 합성하는 기술을 개발했다.

o 그래핀 다결정으로 합성하는 기존의 대면적 합성방식은 그래핀의 전도도나 기계적 강도를 저하시킬 수 있어 응용에 한계가 있었다.

o 이번 단결정 대면적 제작기술 개발로 향후 반도체나 디스플레이 분야에서의 그래핀 소자의 활용 가능성이 넓어질 것으로 기대된다.

□ 연구팀은 단결정 그래핀 합성에 일반적으로 사용되는 금속촉매 대신 실리콘 웨이퍼 표면에 입힌 게르마늄을 이용했다.

o 원자들이 한쪽 방향으로 가지런히 정렬된 게르마늄의 구조를 이용하면 그 위에 성장시키는 그래핀 씨앗들 역시 일정한 방향으로 연결되어 넓은 면적의 단결정의 그래핀 합성이 가능하다는 설명이다.

o 이렇게 합성된 단결정 그래핀은 같은 조건에서 만들어진 다결정 그래핀에 비해 이동도 등 전기적인 특성이 월등히 높게 나타났다.

□ 특히 게르마늄은 그래핀과 지나치게 강하게 결합하지 않아 실리콘 웨이퍼로부터 분리가 쉽다는 것도 장점이다. 그래핀을 분리한 후, 게르마늄 웨이퍼를 다시 그래핀 합성에 재사용할 수 있어 친환경적이고 경제적이기 때문이다.

o 삼성전자종합기술원 황성우 박사는 “이번에 발표된 단결정 그래핀 합성법은 그래핀의 전자소자 응용을 더욱 앞당길 수 있는 중요한 기술이 될 것이며 앞으로 후속연구를 통해 단결정 그래핀의 크기를 더욱 크게 하여 상용화할 것”이라고 밝혔다.

문 의 : 기초연구진흥과 최도영 과장(02-2110-2370), 김래수 사무관(02-2110-2372)
삼성전자 종합기술원 장형식 부장(031-8061-1816)