'그래핀' 합성 新기술 국내 연구진이 개발

국내 연구진이 실리콘 반도체를 대체할 꿈의 나노 신소재로 주목 받는 ‘그래핀’을 넓은 면적으로 합성하는 기술을 최초로 개발, 휘는 디스플레이나 입는 컴퓨터 실현을 앞당길 것으로 전망된다. 성균관대 성균나노과학기술원(SAINT) 홍병희(37) 화학과 교수와 삼성전자 종합기술원 최재영(39) 박사팀은 14일 반도체 공정에 적용할 수 있는 지름 10㎝ 크기의 대면적 그래핀 합성기술과 패터닝 기술을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 영국의 권위 있는 과학저널 ‘네이처’ 15일자 온라인판에 게재됐다. 네이처는 “지금까지 제작된 어떤 그래핀보다 기계적ㆍ전기적 성질이 우수하다”며 “입는 컴퓨터 같은 플렉시블 전자소자 가능성을 앞당겼다”고 평가했다. 그래핀은 탄소가 육각형 형태로 연결돼 벌집 모양의 평면구조를 이루는 물질이다. 탄소 원자 한 층으로 돼 있어 세상에서 가장 얇은 물질이면서도 구조적ㆍ화학적으로 매우 안정하며 양자역학적 특성으로 뛰어난 전기적 성질을 가지고 있다. 특히 반도체에 사용되는 실리콘보다 전자를 100배 이상 빠르게 이동시키고 구리보다 100배 많은 전류를 흐르게 할 수 있어 ‘차세대 트랜지스터ㆍ전극 소재’로 주목 받고 있다. 하지만 지금까지는 그래핀을 넓은 면적으로 합성하지 못해 전자소자ㆍ디스플레이 등에 응용하는 데 어려움이 있었다. 연구진은 화학증기증착법(CVD)을 이용해 그래핀을 대면적으로 성장시키는 기술을 개발, 그래핀 응용에 가장 큰 걸림돌 중 하나를 해결했다. 연구진은 메탄ㆍ수소ㆍ아르곤 가스를 혼합해 1,000도 이상의 온도로 가열, 두께 300나노미터(㎚ㆍ10억분의1m) 이하의 니켈(Ni) 평면촉매 위에 탄소 원자를 증착시키는 방법으로 그래핀을 지름 10㎝ 크기의 대면적으로 성장시키는 데 성공했다. 홍 교수는 “그래핀은 평판 디스플레이와 터치스크린ㆍ태양전지 등에 널리 쓰이는 투명전극인 산화인듐주석(ITO)을 대체할 수 있다. 또 접거나 잡아당겨도 전기적 특성이 거의 변하지 않아 신축성 전극과 대용량 트랜지스터 배열 등에 적용될 수 있다”고 설명했다. 삼성전자는 성균관대와 지속적인 협력연구를 통해 초고속 나노 메모리, 투명 플렉시블 디스플레이, 차세대 태양전지 등에 그래핀 관련 기술의 적용을 확대해나갈 계획이다.