저비용·대면적·초고속 그래핀 나노리본 제조 기술 개발 - 웨어러블 전자소자나 플렉시블 디스플레이 상용화 앞당길 원천기술 개발-
연구결과 개요
1. 연구배경
그래핀 (Graphene)은 우수한 전기적, 물리적, 그리고 화학적 특성을 가지고 있어 차세대 고집적 및 유연 전자 소자의 핵심 물질로 주목 받아 왔으며 지난 수 년간 많은 연구가 활발히 진행되어 왔다. 하지만 그래핀은 제로 밴드갭(Zero band gap)을 가지기 때문에 반도체 특성을 활용한 전자장치에 사용되기에는 어렵다는 문제점이 있었다. 그러나 그래핀이 좁은 폭을 가진 그래핀 나노리본 형태가 되면 밴드갭이 열리면서 밴드갭을 가지게 된다. 이때 그래핀 나노리본의 폭이 좁아 질수록 밴드갭이 커지게 되기 때문에, 좁은 폭의 그래핀 나노리본을 확보할수록 그래핀의 뛰어난 반도체적 특성을 활용 할 수 있다.
기존의 수십에서 수백 나노미터의 해상도를 요구하는 공정에 주로 사용되는 식각 기술인 전자빔 리소그래피 (Electron-beam lithography)를 이용하여 그래핀 나노리본을 제작하는 방법은 장비 자체가 고가일뿐더러 장시간 공정을 거쳐야 하며, 최소 15-20 nm의 상대적으로 큰 폭의 그래핀 나노리본을 얻기 때문에 상온에서 트렌지스터로 작동하기에는 부족한 밴드갭을 가졌다. 그 외에 소개된 기술로는 용액 공정, 탄소 나노 튜브의 절개, 무기 나노선을 이용한 리소그라피, 그리고 블록 공중합체를 이용한 그래핀의 식각 등 다양한 그래핀 나노 리본 제작 기술이 보고되었지만, 트랜지스터나 메모리와 같은 전자소자에 적용하기 위해서는 대면적에서 그래핀 나노리본의 개별적인 폭 조절 및 위치 정렬을 필요로 하기 때문에 산업적인 측면에서는 한계를 가지고 있었다. 이러한 복잡한 공정 및 여러 가지 한계점들로 인해 그래핀 나노리본을 제작하는 것은 여전히 발전되어야 할 연구 과제로 남아있으며, 단시간에 대면적으로 패턴과 정렬이 가능한 그래핀 나노리본 제작 기술이 필요한 실정이다.
저비용, 대면적 그래핀 나노리본 제조
그래핀의 반도체적 특성을 활용하려면 무엇을 확보해야 할까
좁은 폭의 그래핀 나노리본