UNIST(총장 정무영)는 박기복 자연과학부 교수팀이 금속과 반도체 사이에 그래핀을 넣어 '다이오드'의 성능을 높이는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 이는 반도체 산업에서 당장 그래핀을 쓸 수 있는 방법으로 산업적으로 활용 가치가 높을 전망이다. 

반도체 표면에 금속막을 증착해 만드는 금속·반도체 접합 다이오드는 역사적으로 가장 오래되고 대표적인 반도체 소자다. 그런데 두 물질의 접합면에서 서로 간의 원자가 뒤섞이는 현상이 나타나 이상적인 다이오드 제작에 어려움이 있었다. 

접합면에서 원자들이 확산되면 물질 간 경계가 흐려지고 전류 누설이 급격히 늘어나는 문제가 발생하기 때문이다. 

연구팀은 금속과 반도체 접합면에 그래핀을 끼워 넣어 이런 문제를 해결했다. 탄소 원자 한 층으로 이뤄진 그래핀이 두 물질 사이에 들어가자 원자끼리 섞이는 현상의 거의 사라졌고 동작 특성도 이론적 예측과 부합했다고 연구팀은 밝혔다. 

이는 새로 제작한 금속·그래핀·반도체 접합 다이오드의 전자 에너지 장벽을 측정하는 실험을 통해 검증됐다. 더욱이 실험에는 윤훈한·정성철·최가현·김중형 등 UNIST 대학원생 4명이 학부생 시절 개발한 '내부광전자방출 측정 시스템'이 크게 기여했다. 

박기복 교수는 "그래핀을 이루는 탄소 원자 사이 공간에는 양자역학적 전자 밀도가 높아 어떤 원자도 투과할 수 없다"며 "이런 특성을 지닌 그래핀을 금속·반도체 접합면에 끼워 넣으면 기존에 피할 수 없었던 원자 확산 문제를 해결할 수 있다"고 밝혔다. 

이번 연구는 정후영 UNIST 연구지원본부 교수, 김관표 자연과학부 교수, 권순용 신소재공학부 교수, 김용수 울산대 물리학과 교수도 공동 참여했다. 연구 지원은 한국연구재단 일반연구자지원사업, 원자력연구기반확충사업, 글로벌박사양성사업을 통해 이뤄졌으며, 연구 성과는 '나노 레터스(Nano Letters)' 1월에 실렸다.