롤러블 디스플레이처럼 돌돌 말리는 전자기기를 개발하려면 얇고 유연한 반도체가 필요하다. 현재 이런 차세대 반도체 재료로는 그래핀과 화이트 그래핀(h-BN·육방정계 질화붕소)이 주목받는데, 지금껏 반도체를 만들만한 면적으로 화이트 그래핀을 합성하지는 못했다.

기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단이 중국, 스위스 연구진과 함께 화이트 그래핀을 100㎠의 대면적으로 만드는 데 성공, 유연한 차세대 반도체 제작 가능성을 열었다. 연구결과는 23일 국제학술지 '네이처'(Nature)에 실렸다.

▲ 분석장비로 관찰한 화이트 그래핀의 모습.100㎠ 면적의 화이트 그래핀을 분석 장비로 관찰한 모습. 원자의 배열이 규칙적임을 확인할 수 있다.

화이트 그래핀은 '꿈의 신소재' 그래핀을 구성하는 탄소(C) 원자를 붕소(B)와 질소(N) 원자로 치환한 소재다. 원자 한 층 정도로 이뤄진 얇은 평면구조는 그래핀과 유사하지만 그래핀과 달리 전기가 통하지 않는다.

그래핀과 화이트 그래핀을 번갈아 쌓으면 반도체를 만들 수 있다는 게 연구진의 설명이다. 그래핀의 경우 현재 대면적으로 만드는 기술이 있지만, 화이트 그래핀은 수㎟ 면적으로만 합성돼 반도체 구현의 기술적인 한계로 꼽혔다.

연구진은 이를 해결하고자 이론 연구를 진행, 단결정 구리 기판을 이용하면 화이트 그래핀을 대면적으로 합성할 수 있음을 알아냈다. 또 실험을 통해 실제 가로·세로가 모두 10㎝인 화이트 그래핀을 얻어내는 데 성공했다.

▲ IBS 다차원 탄소재료 연구단의 펑딩 그룹리더(왼쪽)와 레이닝 장 연구원

이는 지금까지 학계에 보고된 면적 중 가장 넓은 것으로, 기존보다 1만 배 이상 면적을 키운 셈이다. 기존 반도체 제작에 적용할 수 있는 크기라는 점에서 산업적인 의의도 있다.

펑딩 IBS 다차원 탄소재료 연구단 그룹리더(울산과학기술원 특훈교수)는 "2차원 소재를 층층이 쌓아 사용하면 시너지를 낸다"며 "실리콘 이후 차세대 반도체 시장의 문을 열며 지금껏 상상하지 못했던 새로운 물성을 구현하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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