국내외 공동 연구진, 1만 배 커진 2차원 '화이트 그래핀' 합성 성공

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

국내·외 연구진이 기존보다 1만 배 이상 크기를 키운 대면적 '화이트 그래핀' 합성에 성공했다. 신문처럼 돌돌 말리는 저전력·고성능 롤러블 디스플레이 상용화를 위한 핵심기술을 개발한 것이다.

기초과학연구원(IBS)은 다차원 탄소 재료 연구단 펑딩 그룹리더(UNIST 특훈교수) 팀과 중국, 스위스 연구진이 수㎟ 크기로 제조하는 것이 한계였던 단결정 2차원 화이트 그래핀을 최대 100㎠의 대면적으로 제조하는데 성공했다고 23일 밝혔다.

최근 폴더블폰이 등장으로 신문처럼 돌돌 말고 펼 수 있는 필름형태의 '롤러블(rollable) 전자기기'를 개발하기 위한 움직임이 한창이다.

하지만 아직 도체인 그래핀을 제외하고 2차원 단결정 소재를 상용화에 충분한 큰 면적으로 제작한 사례는 없다. 2차원 단결정 소재는 지금까지 최대 수 ㎟ 크기로 제작하는 것이 한계였다. 현존 반도체 제조 공정에 적용하기 턱없이 작은 크기다.

연구진은 시뮬레이션 연구를 통해 합성하고자 하는 소재보다 표면 대칭성이 낮은 기판을 사용하면 다양한 2차원 단결정 소재를 대면적으로 성장시킬 수 있다는 합성공식을 찾아냈다.

연구진은 이 원리에 착안, 표면 대칭성이 낮은 구리 기판을 사용해 부도체인 2차원 단결정 화이트 그래핀을 가로·세로 10㎝의 대면적으로 제조하는데 성공했다.

그래핀만으로는 전원이 켜졌다 꺼졌다 하는 반도체를 구현하지는 못하는데, 도체인 그래핀과 부도체인 화이트 그래핀을 층층이 쌓으면 별도의 공정 없이도 수 원자층 두께의 얇고 신축성 있는 고성능·저전력 차세대 반도체를 만들 수 있게 된 것이다.

펑딩 IBS 그룹리더는 "2차원 소재는 그 자체로도 우수하지만, 여러 소재를 층층이 쌓아 함께 사용했을 때 시너지 효과를 낸다"며 "실리콘 이후 차세대 반도체 시장의 문을 연 것으로 지금껏 상상하지 못했던 새로운 물성을 전자기기를 구현하는 데 기여할 것"이라고 말했다.


김성현 기자 larczard@