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4층짜리 단결정 그래핀 대면적 합성한다
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형지승 20-07-28 03:49 2회 0건관련링크
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IBS, 그래핀 고품질 합성법 개발…다양한 소자기술 활용 기대
구리-실리콘 합금을 통한 다층 그래핀 성장 모식도© 뉴스1
(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 4층에 이르는 다층 그래핀을 단결정으로 성장시키는 합성법이 개발됐다.
4층짜리 균일한 그래핀은 세계 최초일 뿐만 아니라 장비 크기에 따라 수십~수백㎡면적으로 합성할 수 있다.
이에 따라 반도체 고집적 전극 및 다양한 광전극소자등에 응용이 가능할 전망이다.
28일 기초과학연구원(이하 IBS) 나노구조물리연구단 이영희 단장과 삼성종합기술원(반 루엔 뉴엔), 부산대(정세영) 공동 연구진에 따르면 연필심 원료인 흑연의 원자 한층인 그래핀(Graphene)은 우수한 전기전도도와 신축성을 갖추고 있다.
1~4층 그래핀의 전자현미경 사진© 뉴스1
투명하고 여러겹 쌓으면 집적회로의 소형화가 가능해 지는 등 반도체 전극으로 사용하기 제격이다.
그러나 이제까지 고품질 다층 그래핀을 균일하게 넓은 면적으로 만들지 못했다.
고성능 그래핀 합성에는 일반적으로 화학기상증착법(CVD)이 쓰인다.
구리와 같은 금속 박막 위에서 그래핀을 성장시키는데, 금속 기판이 촉매 역할을 해 주입된 탄화수소를 분해하고 흡착하는 원리다.
이 때 사용하는 금속의 탄소 용해도에 따라 층수가 조절된다.
구리처럼 낮은 용해도를 가진 금속은 단층 그래핀을 만들고, 니켈처럼 높은 용해도의 금속은 다층 그래핀을 만든다.
그러나 다층 그래핀은 층수가 불균일해지는 문제 때문에 고품질로 만들기 어려웠다.
이에 연구진은 탄소 용해도가 높은 구리 기반 합금을 만드는 데 초점을 맞추고, 여러 시도 끝에 구리-실리콘(Cu-Si) 합금을 만드는 방법을 개발했다.
먼저 화학기상증착 장비에서 기판이 들어가는 부분인 석영(SiO) 튜브에 구리 기판을 넣고 900도 고온으로 열처리했다.
이때 튜브에 포함된 실리콘이 기체로 승화돼 구리판에 확산되며 구리-실리콘 합금이 형성된다.
이후 메탄 기체를 주입해, 메탄의 탄소 원자와 석영 튜브의 실리콘 원자가 구리 표면에 균일한 실리콘-탄소(Si-C) 층을 만들도록 했다.
실리콘 웨이퍼 위에 옮겨진 제곱센티미터 규모의 다층 그래핀 사진© 뉴스1
이 층이 앞서 합성한 구리-실리콘 합금의 탄소용해도를 제어한다.
연구진은 이렇게 만든 기판으로 실험한 결과 기존의 불균일한 다층 그래핀 합성과는 달리 1~4층 모두 균일한 다층 그래핀 제조에 성공했다.
또 메탄 농도에 따라 층수 조절이 가능함을 보였다.
이는 각 층이 정확히 같은 각도로 겹치면서 반도체 웨이퍼에 견줄 수 있는 크기이며, 대면적 고품질 다층 그래핀을 4층까지 합성한 최초의 연구다.
이영희 나노구조물리 연구단장© 뉴스1
이영희 연구단장은“이번 연구는 구리 전극을 대체할 고집적 전극 및 그래핀을 반도체 기판으로 이용한 다양한 소자 기술에 기여할 것으로 예상된다”며 “앞으로 대량 합성 실험을 반복할 때 석영 튜브가 손상되는 문제를 해결하고 품질 안정성을 높이는 연구를 수행할 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구성과는 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF=31.538)에 7월28일 0시(한국 시간)에 게재됐다.
km5030@news1.kr
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© 뉴스1코리아(news1.kr), 무단 전재 및 재배포 금지
IBS, 그래핀 고품질 합성법 개발…다양한 소자기술 활용 기대
구리-실리콘 합금을 통한 다층 그래핀 성장 모식도© 뉴스1(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 4층에 이르는 다층 그래핀을 단결정으로 성장시키는 합성법이 개발됐다.
4층짜리 균일한 그래핀은 세계 최초일 뿐만 아니라 장비 크기에 따라 수십~수백㎡면적으로 합성할 수 있다.
이에 따라 반도체 고집적 전극 및 다양한 광전극소자등에 응용이 가능할 전망이다.
28일 기초과학연구원(이하 IBS) 나노구조물리연구단 이영희 단장과 삼성종합기술원(반 루엔 뉴엔), 부산대(정세영) 공동 연구진에 따르면 연필심 원료인 흑연의 원자 한층인 그래핀(Graphene)은 우수한 전기전도도와 신축성을 갖추고 있다.
1~4층 그래핀의 전자현미경 사진© 뉴스1투명하고 여러겹 쌓으면 집적회로의 소형화가 가능해 지는 등 반도체 전극으로 사용하기 제격이다.
그러나 이제까지 고품질 다층 그래핀을 균일하게 넓은 면적으로 만들지 못했다.
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구리와 같은 금속 박막 위에서 그래핀을 성장시키는데, 금속 기판이 촉매 역할을 해 주입된 탄화수소를 분해하고 흡착하는 원리다.
이 때 사용하는 금속의 탄소 용해도에 따라 층수가 조절된다.
구리처럼 낮은 용해도를 가진 금속은 단층 그래핀을 만들고, 니켈처럼 높은 용해도의 금속은 다층 그래핀을 만든다.
그러나 다층 그래핀은 층수가 불균일해지는 문제 때문에 고품질로 만들기 어려웠다.
이에 연구진은 탄소 용해도가 높은 구리 기반 합금을 만드는 데 초점을 맞추고, 여러 시도 끝에 구리-실리콘(Cu-Si) 합금을 만드는 방법을 개발했다.
먼저 화학기상증착 장비에서 기판이 들어가는 부분인 석영(SiO) 튜브에 구리 기판을 넣고 900도 고온으로 열처리했다.
이때 튜브에 포함된 실리콘이 기체로 승화돼 구리판에 확산되며 구리-실리콘 합금이 형성된다.
이후 메탄 기체를 주입해, 메탄의 탄소 원자와 석영 튜브의 실리콘 원자가 구리 표면에 균일한 실리콘-탄소(Si-C) 층을 만들도록 했다.
실리콘 웨이퍼 위에 옮겨진 제곱센티미터 규모의 다층 그래핀 사진© 뉴스1이 층이 앞서 합성한 구리-실리콘 합금의 탄소용해도를 제어한다.
연구진은 이렇게 만든 기판으로 실험한 결과 기존의 불균일한 다층 그래핀 합성과는 달리 1~4층 모두 균일한 다층 그래핀 제조에 성공했다.
또 메탄 농도에 따라 층수 조절이 가능함을 보였다.
이는 각 층이 정확히 같은 각도로 겹치면서 반도체 웨이퍼에 견줄 수 있는 크기이며, 대면적 고품질 다층 그래핀을 4층까지 합성한 최초의 연구다.
이영희 나노구조물리 연구단장© 뉴스1이영희 연구단장은“이번 연구는 구리 전극을 대체할 고집적 전극 및 그래핀을 반도체 기판으로 이용한 다양한 소자 기술에 기여할 것으로 예상된다”며 “앞으로 대량 합성 실험을 반복할 때 석영 튜브가 손상되는 문제를 해결하고 품질 안정성을 높이는 연구를 수행할 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구성과는 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF=31.538)에 7월28일 0시(한국 시간)에 게재됐다.
km5030@news1.kr
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[서울=뉴시스] 녹유(錄喩)의 '오늘의 운세' 2020년 7월28일 화요일(음력 6월8일 임신)
녹유 02-747-3415. 010-9133-4346
▶ 쥐띠
48년생 적게 가진 것에 고마움이 생겨난다. 60년생 든든한 일손이 고민을 털어준다. 72년생 생각 못한 환대 넉넉함이 더해진다. 84년생 돈 샐 틈이 없는 구두쇠가 되어보자. 96년생 슬픈 얼굴에 웃음꽃을 피워내자.
▶ 소띠
49년생 정들자 이별, 호기심을 잠재우자. 61년생 묵은 체증 내려가는 통쾌함이 온다. 73년생 마음도 발걸음도 가볍게 변해간다. 85년생 걱정이 앞서는 거래는 피해가자. 97년생 하늘은 찌를 만큼 콧대가 높아진다.
▶ 범띠
50년생 승자의 여유 있는 미소를 그려보자. 62년생 눈길 주지 않는 냉정함을 가져보자. 74년생 머릿속 그림에 첫 삽을 들어보자. 86년생 목표가 눈앞이다, 초심을 지켜내자. 98년생 기다렸던 소식 기분이 날아간다.
▶ 토끼띠
51년생 찬바람 분위기에 훈풍이 불어온다. 63년생 오랜 친구들과 추억에 잠겨보자. 75년생 감 놔라 배 놔라 간섭에서 멀어지자. 87년생 오해나 편견 실력으로 보여주자. 99년생 쓴 소리 지적에 부족함을 채워보자.
▶ 용띠
52년생 유쾌한 웃음이 메아리가 되어간다. 64년생 애써 모른 척이 손해를 막아낸다. 76년생 쉽게 얻을 수 없다 정성을 더해보자. 88년생 슬픈 이별에도 씩씩함을 지켜내자. 00년생 쉬어가는 여유 내일을 기약하자.
▶ 뱀띠
41년생 용서가 어려워도 품에 안아야 한다. 53년생 꼬리 길면 잡힌다, 이별을 서두르자. 65년생 생각 못한 선물 고마움이 배가 된다. 77년생 듣고 싶던 칭찬 어깨가 넓어진다. 89년생 진심을 다해야 예쁨을 받아낸다.
▶ 말띠
42년생 약해지지 않는 강함을 지켜내자. 54년생 주변 어려움에 인심을 후하게 하자. 66년생 짊어지고 싶은 책임이 생겨난다. 78년생 빛나는 존재감 이름값이 올라간다. 90년생 힘든 기억들은 성장 통이 되어준다.
▶ 양띠
43년생 여름을 식혀주는 놀이에 빠져보자. 55년생 신세지는 일에 자존심을 던져내자. 67년생 살가운 인사 다정함을 보여주자. 79년생 좋은 인연과 의기투합 할 수 있다. 91년생 기대를 저버리는 안타까움이 온다.
▶ 원숭이띠
44년생 급하지 않은 여유 시간을 믿어보자. 56년생 인정받기 어려운 고생은 피해가자. 68년생 최고의 순간을 사진에 담아내자. 80년생 자랑이 아닌 일은 뒤로 숨겨내자. 92년생 지우고 싶은 과거 추억이 되어준다.
▶ 닭띠
45년생 젊음으로 가는 설렘이 생겨난다. 57년생 아쉬움 털어내고 한 발 쉬어가자. 69년생 포장하지 않는 그대로를 보여주자. 81년생 긴장되던 시험 합격점을 받아낸다. 93년생 기쁨이 한가득 행복으로 갈 수 있다.
▶ 개띠
46년생 상상했던 날에 주인공이 될 수 있다. 58년생 사탕보다 달콤한 유혹에 빠져보자. 70년생 좋은 말만 하는 신사가 되어보자. 82년생 모두의 축하박수 날개가 달려진다. 94년생 참고 인내했던 결실을 볼 수 있다.
▶ 돼지띠
47년생 포기는 모르는 스승이 되어주자. 59년생 안 된다 없는 긍정으로 해야 한다. 71년생 잘한다, 응원 후한 점수를 받아낸다. 83년생 징검다리 역할로 지갑을 살찌우자. 95년생 부족한 공부에 담금질을 더해주자.
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