비용·시간↓ 그래핀 나노리본 기술개발…웨어러블 기대

국내 연구진이 저비용, 단시간의 그래핀 나노리본 제작 기술을 개발했다. 이 기술은 그래핀 나노리본을 원하는 모양으로 넓은 면적에 걸쳐 매우 쉽게 제작할 수 있기 때문에 웨어러블 전자소자나 접히는(플렉서블) 디스플레이 분야의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

해당 연구는 포항공과대학교 신소재공학부 이태우 교수가 주도하고 웬타오 연구교수가 제1저자로 참여해 수행됐으며, 재료과학분야의 세계적 권위의 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 4월 10일자 온라인판에 게재됐다.

기존에는 다양한 그래핀 나노리본 제작 기술이 소개됐지만 공정단가 높고 제작시간이 길었다. 또 트랜지스터나 메모리와 같은 전자소자에 적용하기 위해서는 대면적에서 개별적인 폭 조절과 위치 정렬을 필요하기 때문에 산업적인 측면에서 한계를 가지고 있었다.

연구팀은 화학기상증착법을 통해 실리콘 기판 위에 그래핀을 형성하고, 그 위에 유기 나노선을 원하는 위치에 정렬시킨 후 산소 플라즈마 식각(필요 없는 부분 제거) 과정을 거쳐, 유기 나노선의 형태를 따라 그래핀 나노리본을 제작했다. 이를 통해 기존에 시간이 많이 걸리고 높은 공정비용이 소요되며 대면적 패터닝이 어려웠던 그래핀 나노리본 제작 공정의 단점을 극복했다는 설명이다.

연구팀은 이 기술을 이용하여 10나노미터(nm) 이하 범위의 폭을 가지고, 밴드갭을 가진 그래핀 나노리본을 제작했다. 나아가 이를 전계 효과 트랜지스터의 채널로 이용해, 상온에서 약 70의 on/off 전류비와 약 300cm2V-1s-1의 정공 이동도 값을 가지는 소자를 제작하는데도 성공했다.

연구팀은 “기존의 방식과는 달리 원하는 위치에 원하는 길이의 그래핀 나노리본을 대면적으로 제작할 수 있고, 저비용으로 간결한 공법이 가능하다”며 “해당 연구성과는 오는 2020년 50조원 규모로 성장할 것으로 예측되는 웨어러블 컴퓨터 및 플렉서블 전자소자 등을 구현하기 위한 원천기술로 사용될 것”이라고 말했다.