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1만배 커진 롤러블 디스플레이용 ‘화이트 그래핀’ 합성 성공

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1만배 커진 롤러블 디스플레이용 ‘화이트 그래핀’ 합성 성공

2019.05.23 06:14
펑딩(왼쪽)다차원탄소재료연구단 그룹리더 연구팀이 단결정의 h-BN을 최대 100㎠의 대면적으로 제조하는데 성공했다. 반도체 제작 공정에 바로 적용할 수 있어 신문처럼 돌돌 말리는 롤러블 디스플레이 상용화를 위한 핵심기술을 마련했다는 평가다. 오른쪽은 함께 연구에 참여한 레이닝 장 UNIST 박사과정생이다. 기초과학연구원 제공
펑딩(왼쪽) 다차원탄소재료연구단 그룹리더 연구팀이 단결정의 h-BN을 최대 100㎠의 대면적으로 제조하는데 성공했다. 반도체 제작 공정에 바로 적용할 수 있어 신문처럼 돌돌 말리는 롤러블 디스플레이 상용화를 위한 핵심기술을 마련했다는 평가다. 오른쪽은 함께 연구에 참여한 레이닝 장 UNIST 박사과정생이다. 기초과학연구원 제공

국내 연구팀이 기존보다 크기가 1만배 커진 2차원 화이트 그래핀(h-BN)을 합성하는데 성공했다. 반도체 제작 공정에 바로 적용할 수 있어 신문처럼 둘둘 말리는 롤러블 디스플레이 상용화를 위한 핵심기술을 마련했다는 평가다.


기초과학연구원(IBS)은 펑딩 다차원탄소재료연구단 그룹리더 연구팀이 단결정의 h-BN을 최대 100㎠의 대면적으로 제조하는데 성공했다고 23일 밝혔다. 이번 연구결과는 세계 최고 권위 국제학술지 ‘네이처’ 23일자에 발표됐다. 


단결정은 원자의 배열과 배향이 규칙적인 소재를 뜻한다. 열∙전기 전도도가 우수해 전자기기에 적용하면 적은 전력으로도 높은 성능을 낼 수 있다. h-BN은 붕소(B)와 질소(N)가 삼각형 형태로 놓인 원자 1~2개층 두께의 2차원 물질이다. 전자의 이동속도가 실리콘보다 100배 빠르고 얇은 두께를 가진 그래핀의 등장 이후 나온 2차원소재로, 분자구조가 그래핀과 유사하지만 하얀색을 띄어 '화이트 그래핀'으로도 불린다. 열에 강하고 방사능도 막을 수 있다. 


롤러블 디스플레이의 상용화를 위해서는 딱딱한 실리콘 대신 얇고 신축성 있는 2차원 재료가 필요하다. h-BN이 그 재료로 쓰이며 단결정을 사용할 경우 기기의 성능도 높아진다. 하지만 2차원 단결정 소재를 상용화할 수 있는 크기의 대면적으로 2차원 재료를 제작한 사례가 없었다.


연구팀은 시뮬레이션 연구를 진행했다. 그 결과 합성하고자 하는 소재보다 ‘표면대칭성’이 낮은 기판을 사용하면 다양한 2차원 단결정 소재를 대면적으로 성장시킬 수 있다는 사실을 발견했다. 표면대칭성은 360도 회전시켰을 때 같은 모양이 나오는 횟수를 뜻한다. 육각형 구조인 그래핀을 60도 회전할 때마다 같은 모양이 나오는 6축 대칭이며 삼각형 구조인 h-BN은 120도마다 같은 모양이 나오는 3축 대칭 물질이다. 


연구팀은 이 사실에 착안해, 표면대칭성이 낮은 구리 기판을 사용해 단결정의 h-BN을 가로∙세로 10cm의 대면적으로 제조하는데 성공했다. 연구팀은 “대면적 제작 기술의 한계로 상용화가 어려웠던 h-BN을 산업계에 적용할 수 있을 것으로 기대 중”이라며 “우주선과 같이 가볍고 열∙화학적 안정성이 요구되는 분야에 두루 활용될 것”이라고 말했다. 


펑 그룹리더는 “2차원 소재는 그 자체로도 우수하지만 여러 소재를 층층이 쌓아 함께 사용했을 때 시너지 효과를 낸다”며 “실리콘 이후 차세대 반도체 시장의 문을 연 것으로 지금껏 상상하지 못했던 새로운 물성의 전자기기를 구현하는 데 기여할 것”이라고 말했다.

 

연구진이 제조에 성공한 면적 100㎠의 단결정 h-BN을 각종 분석 장비로 관찰한 모습. 원자의 배열이 규칙적이고 배향 역시 일정한 단결정으로 성장했음을 확인할 수 있다. IBS 제공
연구진이 제조에 성공한 면적 100㎠의 단결정 h-BN을 각종 분석 장비로 관찰한 모습. 원자의 배열이 규칙적이고 배향 역시 일정한 단결정으로 성장했음을 확인할 수 있다. IBS 제공

 


 

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