차세대 반도체 소자 ‘흑린’ 대량생산 방법 찾아냈다

2016.04.06 18:00

 

이미지 확대하기차세대 반도체 소자로 불리는 흑린 덩어리를 실험용 병에 담아둔 모습 - 한국기초과학지원연구원 제공
차세대 반도체 소자로 불리는 흑린 덩어리를 실험용 병에 담아둔 모습. - 한국기초과학지원연구원 제공

 

국내 연구진이 차세대 반도체 소자 재료로 주목받고 있는 ‘흑린’을 이용해 박막(얇은 막)을 손쉽게 얻어내는 방법을 처음으로 개발했다. 흑린 실용화에 큰 진전이 있을 것으로 보인다.

 

이주한 한국기초과학지원연구원 나노표면연구팀 책임연구원 팀은 박병남 홍익대 교수팀과 공동으로 액상 박리법을 이용해 흑린 덩어리에서 결정성 높은 원자층 단위의 흑린 박막을 얻는 데 세계 최초로 성공했다고 6일 밝혔다.

 

흑린 박막을 얻어내는 방법은 과거에도 있었다. 일명 ‘스카치테이프 법’ 이라고 불리는 것으로, 접착력이 있는 테이프를 붙여 한 겹을 떼어내는 방식으로 얻을 수 있다.

 

최근에는 액체를 이용한 ‘액상 박리법’이 개발돼 쉽고 간단하게 흑린 박막을 얻은 사례들이 발표되고 있지만 원자층이 기판 전체에 균일하게 형성되지 않아 실제 소자에는 사용할 수 없고 대량생산 또한 불가능했다.

 

연구팀은 기존의 액상 박리법과 달리 에탄올과 물을 사용하는 간단한 액상 박리법을 새롭게 개발해 이 문제를 해결했다. 이 방식으로 얻은 흑린 박막은 결정성이 높고 전자 소자 제작에 즉시 사용할 수 있었다.

 

박 교수팀이 액상 박리법으로 얻은 흑린 박막으로 트랜지스터를 제작해 특성을 조사한 결과, 흑린을 이용한 소자가 아세톤을 선택적으로 감지할 수 있다는 사실을 발견했다. 이 기술을 추가로 연구하면 가스 감지를 위한 센서나 다른 물질에 대한 센서로 활용 가능할 것으로 보인다.

 

연구팀은 또 이론적인 계산과 모델링을 통해 삼각형 박리와 에너지 간의 관계를 규명하는 과학적 근거를 제시하는 데도 성공했다. 흑린 단결정 박막의 두께, 형태 등 여러 변수를 원하는 만큼 제어할 수 있게 돼 우수한 박막을 대량 생산 할 수 있는 기반을 구축한 것이다.

 

이 연구원은 “흑린 박막이 특정 유독가스에 반응하는 센서로 사용할 수 있다는 가능성을 보여준 만큼 실용화 단계로 발전할 수 있는 연구 기반이 마련된 셈”이라며 “이 기술을 이용해 흑린 박막을 이용한 다양한 소자를 개발할 계획”이라고 밝혔다.

 

 

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