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나노미터 '그래핀 양자점' 균일 배열 성공
나노미터 '그래핀 양자점' 균일 배열 성공
  • 박광하 기자
  • 승인 2019.01.21 09:21
  • 댓글 0
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신현석 울산과학기술원 자연과학부 교수팀

저전력·고효율 반도체 구현
신현석 교수(사진 맨 왼쪽)과 연구원들. [사진=UNIST]
신현석 교수(사진 맨 왼쪽)과 연구원들. [사진=UNIST]

국내 연구진에 의해 나노미터 크기의 '그래핀 양자점'을 기존보다 효과적으로 제작할 수 있는 방법이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 신현석 자연과학부 교수팀이 육방정계 질화붕소(h-BN) 단일층 내부에 그래핀 양자점을 규칙적으로 배열한 2차원 평면 복합체를 제조하는 기술을 개발했다고 최근 밝혔다.

그래핀 양자점은 나노미터(㎚) 크기의 반도체 입자로 전류를 흘려주거나 빛을 쪼여주면 발광하는 특성이 있어 차세대 디스플레이나 바이오 이미징, 센서 등의 소재로 각광받고 있다.

또한 적은 전기를 쓰면서 빠르게 정보를 처리할 수 있는 차세대 양자정보통신 기술에도 적용할 수 있다.

신 교수팀은 그래핀 양자점 크기를 원하는 대로 조절하면서 가장자리의 불순물을 없애는 새로운 방법을 고안했다. 백금 나노 입자가 배열된 실리카 기판 위에 육방정계 질화붕소를 전사해 메탄 기체 속에서 열처리한 것이다.

백금 나노 입자는 블록 공중합체의 자기조립 성질 덕분에 규칙적으로 배열되며, 백금 위에 올라간 육방정계 질화붕소는 그래핀과 자리를 뒤바꾼다.

결과적으로 백금 입자의 크기에 따라 그래핀 양자점의 크기가 결정되며, 원자 한 층의 육방정계 질화붕소 내부에 그래핀 양자점이 규칙적으로 배열된 소재가 만들어지는 것이다.

논문 제1저자인 김광우 UNIST 에너지공학과 박사과정 연구원은 "그래핀과 육방정계 질화붕소는 구조적으로 유사하기 때문에 질화붕소 내부에 그래핀 양자점을 제작하는 것이 가능했다"며 "새로운 기술로 만든 그래핀 양자점의 가장자리는 질화붕소와 화학결합을 이루면서 잘 둘러싸여 불순물이 최소화됐다"고 설명했다.

연구진은 이 기술로 배열을 가진 그래핀 양자점을 제작했고, 7~13㎚ 크기로 조절할 수 있었다.

또 불순물을 최소화해 전자를 안정적으로 이동시키는 단전자 트랜지스터도 구현했다.

신현석 교수는 "새 기술로 제작한 그래핀 양자점은 쿨롱 차단(Coulomb Blockade) 효과로 전자를 하나씩만 제어할 수 있다"며 "그래핀과 육방정계 질화붕소, 그래핀 양자점을 층층이 쌓은 수직 터널링 단전자 트랜지스터를 처음 구현한 사례"라고 설명했다. 아울러 "그래핀 양자점 기반 단전자 트랜지스터는 향후 빠른 정보처리와 저전력으로 작동하는 전자기기에 적용돼 기술적 진보를 가져올 것"이라고 예측했다.

한편 이번 연구는 손병혁 서울대 화학과 교수팀 및 콘슨탄틴 노보셀로브 영국 맨체스터대 물리학과 교수팀과 공동 진행했다.

연구 결과는 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판에 게재됐다.


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