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정전기로 그래핀 전자소자 간편히 구동한다!

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2017년 07월 02일 18:00 프린트하기

성균관대 연구진이 정전기로 그래핀 전자소자를 간편히 구동할 수 있는 기술을 개발했다.
성균관대 연구진이 정전기로 그래핀 전자소자를 간편히 구동할 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 그래핀 표면에서 백금(Pt)이 도금돼 있는 주사탐침현미경(AFM) 침으로 미세한 마찰을 일으켜 발생하는 정전기가 기존의 ‘게이트’ 역할을 대신하도록 만들었다. 

국내 연구진이 정전기 현상을 이용해 그래핀 등 매우 얇은 소재의 전자소자를 간편하게 구동하는 기술을 개발했다.
 
김상우 성균관대 신소재공학과 교수팀은 2차원 물질인 그래핀 표면에 정전기를 일으켜 전기적인 특성을 제어하는 전자소자 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.
 
탄소 원자 한 층으로 이뤄진 그래핀은 투명하고 잘 휘면서도 전기전도성이 좋아 ‘꿈의 소재’로 알려졌지만, 그래핀으로 만든 전자소자는 제작 공정이 복잡하고, 고밀도로 집적하기가 어려웠다. 같은 크기의 반도체칩에 더 많은 그래핀을 넣어 성능을 높이는 데 한계가 있었던 것이다.
 
연구진은 그래핀 표면에서 백금(Pt)이 도금돼 있는 주사탐침현미경(AFM) 침으로 미세한 마찰을 일으켜 발생하는 정전기가 기존의 ‘게이트’ 역할을 대신하도록 만들었다. 게이트는 트랜지스터에서 전기장을 형성해 전류의 흐름을 제어하는 장치다. 정전기를 이용할 경우 게이트의 형태가 필요 없어 반도체칩을 나노미터(㎚·1㎚는 10억 분의 1m) 수준까지 고밀도로 집적화가 가능하다. 게이트를 만들기 위한 노광, 증착 등 복잡한 공정도 필요 없다. 제조단가와 제작 시간도 크게 줄일 수 있다.
 
또 금속 침만 움직이면 필요한 위치, 원하는 크기나 형태로 게이트를 만들거나 바꾸고, 없앨 수 있다. 그만큼 전류를 미세하게 제어할 수 있는 셈이다. 정전기로 구현한 무형의 게이트는 그래핀의 전기전도도 특성을 제어할 뿐만 아니라 향상시키기도 하는 것으로 확인됐다. 이렇게 생성되는 마찰전기는 수일 이상 안정적으로 유지됐다. 다만 단결정 그래핀보다는 화학기상증착법으로 쌓은 다결정 그래핀에서 높은 성능을 보였다.
 
이 기술은 그래핀뿐만 아니라 육방정계질화붕소(h-BN)와 이황화몰리브덴(MoS2), 전이금속칼코겐화합물(TMD) 등 다른 2차원 물질에도 적용 가능하다. 김 교수는 “향후 나노미터 수준의 미세 제어 기술로 고밀도 집적화를 통한 고용량 메모리 저장 전자소자, 그래핀 투명전극, 반도체 소자 내 전극 소재 등을 구현할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
 
연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 6월 26자에 게재됐다.

 

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