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| UNIST 백종범 교수팀, 그래핀을 능가하는 2차원 구조체 개발 |
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| 최적화된 실리콘 반도체보다 100배 뛰어난 점멸비 확인 |
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아이애드피알 
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| ▲ (a) C2N-h2D crystal의 주사터널링현미경(STM) 이미지. (b) 주사터널링현미경 이미지와 화학구조 모식도를 합친 이미지. (사진제공=UNIST) © 아이애드피알 | | 국내 연구진이 꿈의 소재라 불리는 그래핀을 능가하는 새로운 2차원 구조체(C2N-h2D crystal)를 합성하여, 에너지 및 반도체 소재의 한계극복 및 생물학 분야까지 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
원소 수준의 구조 분석과 반도체 성능평가를 통해 최적화된 실리콘 반도체의 전기적 반응속도(on/off ratio)보다 100배 뛰어남을 밝혔다.
on/off ratio는 반도체 소자에 흐르는 전류량의 비이다. 점멸비가 높을수록 반도체에 흐르는 전류의 양을 효과적으로 제어할 수 있어서 우수한 성능의 반도체 구현이 가능하다.
UNIST 백종범 교수(에너지/화학공학부)와 신형준 교수(신소재공학부), 박노정 교수(자연과학부) 및 포항공대의 오준학 교수(화학공학부) 공동 연구팀이 주관한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최양희)에서 추진하는 중견 및 리더연구자지원사업으로 수행되었고, 세계적인 자연과학 분야 권위지인 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications) 3월 6일자(논문명 : Nitrogenated Holey Two-Dimensional Structures)에 게재되었다.
현재 반도체 재료로 사용되고 있는 실리콘은 공정이 미세해질수록 성능의 한계에 부딪혀왔으며, 이를 보완하기 위해 비슷한 성질을 지니는 탄소기반 물질들이 주목을 받기 시작하였다. 그 중 그래핀은 뛰어난 고유성질로 실리콘을 대체할 물질로 각광을 받아왔다.
그래핀은 현존하는 물질 가운데 열과 전기가 가장 잘 통하지만, 띠 간격(band gap)이 없는 금속 같은 도체이기 때문에 전류의 흐름을 통제할 수 없어 반도체로 응용하는 데에는 한계가 있었다.
그래핀을 반도체 소자로 이용하려면 띠 간격을 넓혀 전류 흐름을 신속히 통제할 수 있어야 하는데, 이러한 성능은 점멸비(on/off ratio)라는 전기적 반응속도로 확인 가능하며, 점멸비가 높을수록 전류 흐름을 통제하는 능력이 우수한 것이다.
띠 간격(band gap)이란 전자가 존재할 수 없는 영역이다. 물질에 띠 간격이 없으면 금속성을 지니며, 띠 간격이 매우 넓으면 전류가 통하지 않는 절연체의 성질을 지닌다. 반도체 소자는 띠 간격이 적절히 있어야 전류가 흐르는 것을 통제할 수 있다.
백종범 교수 연구진은 화학적 합성을 통하여 그래핀과 달리 일정한 구멍이 존재하며 탄소와 질소가 일정한 비율로 존재하는 새로운 2차원 구조체(C2N-h2D crystal)를 개발하였다.
연구진이 개발한 새로운 2차원 구조체를 주사터널링현미경으로 확인한 결과 그래핀과는 달리 띠 간격이 존재하였으며, 반도체의 성능 연구 결과 새로운 이차원 구조체는 점멸비가 107으로 이미 최적화된 실리콘 반도체보다 100배나 우수한 것으로 나타났다.
주사터널링현미경(STM)은 전자의 앙자역학적 터널링의 원리를 이용하여 물질 표면의 원자 수준까지 이미지를 얻을 수 있는 장비이다.
백종범 교수는 “꿈의 물질로 불리는 그래핀의 한계를 넘는 새로운 물질로 그래핀보다 훨씬 많은 응용 분야가 예상되어 꿈이 현실로 나타날 만한 성과로 여겨진다”고 연구의의를 밝혔다.
/ 아이애드피알 인터넷부 엄재성 A.E. news@iadpr.net
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| 기사입력: 2015/03/10 [15:11] 최종편집: ⓒ iadpr.net |
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