포스텍 공동 연구팀 '포스포린 꿈의 신소재 그래핀에 도전장'

(포항=뉴스1) 최창호 기자 = 포스텍 연구진이 꿈의 신소재로 불리는 그래핀의 단점을 극복 할 수 있는 2차원 반도체 물질인 '포스포린'을 찾아내는데 성공했다.

14일 포스텍(포항공대)에 따르면 '포스포린'은 그래핀과 유사한 육각법질 형태의 원자 배열을 갖고 있지만, 변형이 어려운 그래핀과 달리 규칙적인 주름이 잡혀있어 외부 압력이나 전기장에 의해 물성제어가 쉬운 것이 장점이다.

특히,인(P)원자로 된 흑린의 표면 몇 개 층을 떼어넨 2차원 물질로 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0,5nm(나노미리)두께의 박막구조를 갖고 있는 것이 특징이다.

그래핀은 철 보다 강하고 구리보다 전류가 잘 흐르는 뛰어난 물성을 갖고 있지만,밴드갭이 없어 전기식 신호에 의해 전류의 흐름을 통제하기 어려움을 갖고 있어 차세대 반도체 소자로 활용하는데 치명적인 결함으로 여겨져왔다.

밴드갭이란 물질의 고유한 물리량으로 전자의 이동(전류)를 가로막는 장벽의 높이에 비유할 수 있다. 밴드갭이 없다는 것은 밴드갭 값이 0에 가까울수록 전류가 쉽게 흐르게 되는 것이다.

이를 해결하기 위해 연구진은 포스포린의 표면에 칼륨원자를 흡착시켜, 수직방향으로 전기장을 만들고 그 결과 포스포린의 전자배치에 영향을 미쳐 밴드갭에 폭넓은 변화(밴드갭 값0~0.6)를 주는 데 성공했다.

연구팀 관계자는 "이 같은 원리는 일반적인 2차원 반도체 물질에 응용할 수 있지만, 실제 포스포린 트랜지스터를 제작하고 공기 중에서 포스포린의 산화를 방지하는 기술개발을 위한 추가 연구가 필요하다"고 밝혔다.

이번 연구는 포스텍 물리학과 김근수 교수와 연세대 최형준, 이연진 교수팀이 미래창조과학부 산하 기초과학연구원 원자제어저차원전자계연구단의 지원을 받아 수행했다.

연구결과는 세계 최고권위의 과학저널 사이언스지에 게재됐다.

choi119@