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그래핀 전자소자 정전기로 제어한다

  • 문병도 기자
  • 2017-07-02 12:00:51
  • 바이오&ICT
그래핀 전자소자 정전기로 제어한다
마찰 전기가 단원자층 두께의 얇은 그래핀을 투한 뒤 하부에 있는 SiO2 절연체 기판 상부 표면에 구속돼 있다. 마찰전기 발생 후 마찰된 부분에 표면 전위가 증가하고, 발생한 마찰전기는 장시간 유지됨을 확인할 수 있다./사진제공=한국연구재단
그래핀 전자소자 정전기로 제어한다
하부에 구속된 마찰전기는 게이트 역할을 하여 그래핀 트랜지스터의 전기적 특성을 제어한다. 전압을 가하여 마찰 전기의 크기와 종류를 제어함에 따라 그래핀의 표면 전위가 바뀌고, 그래핀의 전기 전도도가 변하는 것을 확인할 수 있다. /사진제공=한국연구재단
국내 연구진아 정전기 현상을 이용해 그래핀 전자소자를 구동하는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 김상우 성균관대 교수 연구팀이 정전기 현상을 이용하여 전기적 특성을 제어하는 그래핀 전자소자 기술을 최초로 개발했다고 2일 발표했다.

그래핀은 탄소 원자 6개가 육각형 구조로 원자 한 층의 평면을 이루고 있는 물질이다. 그래핀 등 2차원 물질은 전기적 특성이 우수하여 차세대 전자소재로 활용하기 위한 연구가 전 세계적으로 진행 중이다.

하지만 2차원 물질로 이루어진 전자 소자는 제작 공정이 복잡하고, 집적화가 어렵다. 또한 전류의 온/오프를 조절하는 위치나 형태, 크기를 수정할 수 없어 상용화가 어렵다.

연구팀은 그래핀의 정전기 현상을 이용한 전류 조절 게이트 방법을 최초로 개발했다.

마찰로 발생한 정전기는 그래핀을 투과하고 하부 기판에 갇혀 게이트 역할을 한다. 정전기에 의한 게이트는 그래핀의 전기전도도 특성을 제어하고 향상시켰다. 정전기를 이용하기 때문에 게이트가 따로 필요하지 않아 제어가 간편하다. 한 번 제작하면 수정이 불가능했던 기존의 전자소재와 달리 정전기의 형성, 수정 삭제가 가능하다. 이는 그래핀뿐만 아니라 다양한 2차원 물질에서도 전기적 특성을 제어할 수 있다.

또한 나노미터 수준의 미세제어를 할 수 있다.

전자소자에서 전류의 조절 역할을 하는 게이트 형성을 위한 공정이 필요하지 않기 때문에 초고밀도 집적화가 가능하다. 제조단가와 제작 시간도 크게 줄일 수 있다.

김상우 교수는“앞으로 초고밀도 집적화를 통한 초고용량 메모리 저장 전자소자, 그래핀 투명전극, 반도체 소자 내 전극 소재 등에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 말했다.

미래창조과학부·한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구)의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 과학기술분야 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈 6월 26자에 게재됐다. /문병도기자 do@sedaily.com
그래핀 전자소자 정전기로 제어한다
김상우 성균관대 교수/사진제공=한국연구재단
그래핀 전자소자 정전기로 제어한다
김태윤 박사과정생/사진제공=한국연구재단
그래핀 전자소자 정전기로 제어한다
김성수 박사과정생/사진제공=한국연구재단

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