TI,노벨상받은 반도체물질 그래핀 성장에 성공

탄소나노튜브기반의 반도체를 준비중인 TI가 그래핀시트(graphene sheet)의 성장기술을 완성시켰다고 EE타임스가 3일 보도했다.

보도에 따르면 TI는 그래핀 단층 성장 방법을 특성화했다. 이로써 TI는 실리콘을 대체하는 더 빠르고, 작고, 낮은 전력을 사용하는 전자제품을 만들 수 있는 기반을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

그래핀은 반도체 생산에 쓰이는 실리콘보다 100배나 속도가 빠르고, 강철보다 200배 강하며, 구리보다 100배나 전기전도성이 좋은 꿈의 신소재다. 따라서 산업계는 이같은 그래핀 응용 기술이 더 개발된다면, 입는 컴퓨터, 종이처럼 얇고 휘어지는 플렉서블 모니터, 손목에 차는 휴대전화 등 영화 속에서나 보았던 일들을 일상생활에서 실현할 수 있게 될 것으로 기대하고 있다.

지난 해 영국 맨체스터대학의 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프 교수는 세상에 존재하는 가장 얇고 튼튼한 나노물질이자 휘는 디스플레이와 차세대 반도체 소자로 주목받고 있는 그래핀 연구로 노벨상을 수상한 바 있다.

뤼기 콜롬보 TI펠로우는 “이 연구는 우리에게 많은 기본적인 그래핀 성장메커니즘을 가르쳐 주고 있다“고 말했다.

그는 “우리는 이 작업의 결과가 과학자와 엔지니어들에게 하나의 수정그래핀의 사이즈를 더 늘리고 이 재료의 전기 특성을 향상시켜 줄 것으로 믿고 있다”고 말했다.

TI는 최근 IBM TJ왓슨연구센터,나노전자연구구상(NRI),텍사스대와 함께 지름이 0.5mm인 거대낟알그래핀(large-grain graphene) 성장법을 시연한 바 있다.

메탄을 전물질로 사용하고 구리박으로 둘러싸인 저압화학기상증착법을 이용해 만들어진 그래핀 필름은 도핑된 단일 수정실리콘과 실리콘온인슐레이터(SOI)기판으로 옮겨져서 이들의 전기적 특성을 시험받게 된다.

이 팀은 또한 그래핀을 전극 기판으로부터 직접 성장시키는 방법도 추진하고 있다.

콜롬보는 “구리보다 더 안정된 금속이나 유전체같은 기판위에서의 성장 또한 연구되고 있다”고 말했다.

그래핀의 거대낟알수정(Large-grain crystals)은 완전한 헥사곤(육각체)로 시작하지만 헥사곤의 측면보다도 그들의 꼭지에서 더 빨리 자라서 눈송이같은 섬 모양을 이룬다.

수년간 TI는 이전에는 표면핵으로 알려진, 그리고 화학기상증착과 함께 구리기판위에서 이이뤄지는 2차원 그래핀 성장공정을 조용하게 연구해 왔다.

그러나 이 분야는 겨우 10~20미크론의 세계로서 이제 막 TI가 보고하기 시작한 500나노미터 공정영역보다 30배나 작은 영역이다.

연구팀은 저에너지 전자현미경을 사용해 이 필름이 상대적으로 단일 수정그래핀 단일층을 이룬다는 사실을 확인할 수 있었다. 연구원들은 라만분광학을 이용해 4000제곱센티미터/볼트초(Vs)의 전자움직임을 확인할 수 있었다. 실리콘으로 된 반도체의 경우 이 값은 1400제곱센티/Vs이며 갈륨비소반도체의 경우 8천500제곱센티/Vs다. 이론적으로 그래핀은 1만~10만제곱센티/Vs의 움직임을 보일 수 있다.

콜롬보는 “4000제곱센티/Vs는 높은 값이지만 최고의 벗겨진 필름에서 얻을 수 있는 최고값은 아니기 때문에 우리는 이 거대영역공정에서 더욱더 향상을 볼 수 있을 것이다”라고 말했다.