국내연구진, 복잡한 그래핀 조정 단순화
나노 전자소자 응용가능성 크게 높여

나노미터 수준의 그래핀 기능화 방법 모식도.
나노미터 수준의 그래핀 기능화 방법 모식도.

최근 각광받고 있는 그래핀 소자를 보다 손쉽게 응용할 수 있는 기술이 개발됐다.

박배호, 변익수 건국대학교 물리학부 박사 연구팀과 김원동 한국표준과학연구원 박사, 손영우 고등과학원 교수 연구팀은 그래핀 위에 화학적 성질이 서로 다른 나노회로를 그릴 수 있는 전기적 나노 화학펜 방법을 개발했다고 9일 밝혔다.

연구팀은 공기 중에서 전압이 걸린 원자간힘 현미경의 나노 탐침을 이용해 그래핀의 원하는 부분만 선택적으로 산화·수소화 시키는 방법을 개발했다.

원자간힘 현미경은 수십 나노미터 크기의 마이크로 탐침 끝의 원자들과 시료 표면 원자들 사이에 작용하는 반발력을 이용해 미세한 물질의 표면을 영상화하는 현미경이다.

기존 그래핀 공정은 복잡한 화학적 처리를 통해 산화, 혹은 수소화시켜야했고, 그래핀의 특성을 세밀히 조절하기 어렵다는 단점이 있었다.

연구팀은 나노탐침을 이용한 그래핀의 산화·수소화 피복율이 기존 화학적 방식보다 높은 것을 발견했고, X선을 쬐어 그래핀에서 나오는 전자들의 화학적 상태를 분석한 결과, 탐침에 가하는 전압의 세기에 따라 그래핀의 상태를 정밀하게 조절할 수 있음을 밝혀냈다.

이번 연구개발로 보다 쉽게 그래핀에 산소나 수소를 결합시켜 전기적·화학적 성질을 다양하게 바꿔줄 수 있어 복합 센서와 같은 다양한 기능을 가질 수 있고, 그래핀 기반 소재만으로 구성된 전자소자에 쓸 수 있는 등 그래핀의 활용도를 크게 높일 것으로 기대된다.

박배호 교수는 "이번 결과를 응용해 나노탐침으로 전기적 특성을 동시에 조절함으로써 그래핀 층의 각 부분의 산화상태를 서로 다르게 만들면 복합기능을 갖는 그래핀 기반 나노 집적 소자 형성 등을 기대할 수 있다"고 의의를 밝혔다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업으로 수행됐고, 결과는 지난 5월 23일 네이처 자매지 NPG아시아 머티리얼즈에 게재됐다.

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