다아라 매거진 _ 2018.03

기술뉴스

[Technical News]무결점 대 면적 그래핀 합성 기술 개발

전사공정 없이 낮은 온도에서 그래핀 합성

[Technical News]무결점 대 면적 그래핀 합성 기술 개발 - 다아라매거진 기술뉴스
a) 타이타늄(Ti, 10nm) 위에 저온에서 직접 성장된 그래핀 시뮬레이션 결과 (b) 150 ℃ 저온에서 타이타늄 층위에 직접성장된 그래핀의 라만스펙트럼과 50 × 50㎛2 면적의 라만 맵핑 결과 : 저온에서 고품질의 그래핀이 성장된 것을 확인했다


국내 연구진이 그래핀을 가공할 때 필수적이던 전사공정을 생략해 새로운 고품질 대면적 그래핀 합성 기술을 개발했다. 윤순길 교수(충남대학교) 연구팀이 타이타늄을 이용해 저온에서의 신개념 그래핀 합성 기술을 보고했다고 한국연구재단(이사장 조무제)은 밝혔다.

꿈의 나노 물질로 불리는 그래핀은 전기전도도와 열 전도성이 높고 기계적 강도가 강하며, 유연성과 투명성도 우수하다. 그래핀은 이차전지, 디스플레이 등 다양하게 응용될 것으로 기대되며, 세계적으로 활발히 연구되고 있다.

그러나 일반적인 화학 증착법으로 그래핀을 합성할 때에는 반드시 다른 기판 위에 옮기는 전사공정이 수행되는 데 이 때 여러 문제가 발생한다. 내부 결함, 그래핀 결정면의 영역(도메인) 크기와 경계면의 제어의 어려움, 기판과의 접착 문제, 그래핀 표면에 발생한 주름으로 인한 특성 저하 등의 극복이 필요하다.

연구팀은 타이타늄이 그래핀을 구성하는 탄소와 동일한 결정구조를 가지며 탄소와의 결합력도 우수한 점에 주목했다. 타이타늄으로 그래핀의 주름을 제거하는 연구성과를 활용해, 10nm(나노미터) 두께의 타이타늄 층 위에 그래핀을 합성하는 기술을 개발했다.

특히 이번 기술은 150℃의 낮은 온도에서 고품질의 그래핀을 넓은 면적으로 합성할 수 있어 공정의 효율성과 응용 가능성을 크게 개선했다.

윤순길 교수는 “이 연구는 기존 그래핀 소재의 단점을 보완한 새로운 개념의 무결점, 대면적 그래핀을 직접적으로 성장시키는 제조기술을 개발한 것”이라며, “그래핀이 투명하고 유연한 전자소자에 응용될 뿐만 아니라 기존의 금, 구리 등 금속 전극을 대체할 수 있도록 기여할 것이다“라고 연구의 의의를 설명했다.

윤 교수는 “이 연구를 통해 신 개념의 그래핀 원천기술 개발을 통해 기존 그래핀 소재의 단점을 보완한 새로운 개념의 무결점, 대 면적(4인치 Si-wafer scale) 그래핀 직접성장, 재현성 및 대량 생산이 구현될 뿐만 아니라 기존 Au, Cu 등의 금속 전극을 대체해 소재 대비 가격 경쟁력과 신뢰성을 만족할 수 있는 기술이 정립될 것으로 판단된다”고 언급했다.

덧붙여 그는 “직접 성장된 그래핀의 우수한 특성을 이용해 FET, 디스플레이 투명전도막, 커패시터 등 다양한 정보 전자소자에 적용이 가능하다”며 “전사가 필요 없는 그래핀 성장은 전사공정에서 발생되는 다양한 단점을 보완하고 생산 단가를 낮출 수 있어 그래핀 산업에 획기적 전환점을 만들 수 있다”고 내다봤다.

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