UNIST(총장 정무영)는 이종훈 신소재공학부 교수팀이 기존 산화물 반도체 중 가장 얇은 '2차원 산화아연 반도체(2-dimensional ZnO Semiconductor)'를 개발했다고 2일 밝혔다. 

그래핀은 이에 대한 가장 유력한 후보이지만 전자의 흐름을 조절 가능한 '밴드갭(band gap)'이 존재하지 않아 반도체로 활용할 수 없었다. 

그런 가운데, 그래핀 위에 밴드갭이 있는 산화물을 성장시켜 반도체를 만들려는 연구가 진행됐다. 전기전도성이 좋은 그래핀을 기판으로 쓰고, 밴드갭이 있는 산화물을 이용해 반도체처럼 전류의 흐름을 통제하는 것이다.

이종훈 교수팀은 그래핀 위에 산화아연(ZnO)을 성장시키는 방법을 통해 '2차원 산화아연 반도체'를 구현했다. 이는 '양자구속효과(quantum confinement effect)'에 의해 4.0전자볼트(eV)의 밴드갭을 보여 고성능의 전자소자로서 가능성이 확인됐다.

기존 산화아연 산화물 반도체는 3.2eV 정도의 밴드갭을 가지는데, 이 수치가 클수록 반도체의 누설 전류와 잡음특성을 감소시키는 장점이 있다.

또 연구진은 그래핀 위에서 산화아연의 성장 모습도 실시간 관찰했다. 산화아연 생성 초기 산소와 아연 원자들은 그래핀을 이루는 탄소 원자 위에 자리잡았다. 성장 단계에서 배열 각도를 조금씩 바꿔 그래핀 위에 나란히 올려지는 형태를 이뤘다.

이종훈 교수는 "이번 연구는 다양한 이차원 물질 위에 나노 물질을 성장시키고 초기 결정 성장 과정을 관찰하는 데 활용될 것"이라며 "새로운 이차원 물질의 연구와 개발은 얇고 투명하고 휘어지는 미래 전자기기 개발을 앞당기겠다"고 강조했다. 

이번 연구에는 유정우, 전영철 UNIST 신소재공학부 교수와 곽상규 UNIST 에너지·화학공학부 교수도 참여했으며, 연구 결과는 나노 분야의 세계적인 학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)' 최신호로 출판됐다.