경희대 최석호 교수팀, 그래핀 반도체化 기술 첫 개발

'꿈의 나노소재'로 알려진 그래핀 만으로 구성된 p-n 접합 다이오드를 국내 연구진이 최초로 개발했다.

경희대학교 응용물리학과 최석호 교수 연구팀이 '그래핀 p-n 수직형 터널링 다이오드' 개발에 성공했다고 26일 밝혔다.

그래핀은 탄소 원자 한층으로 이뤄져 있는 결정으로 투명하고 잘 구부러지는 특성을 갖고 있는 물질이다. 이번 연구 성과로 그래핀을 이용한 투명하고 휘어지는 광·전자 또는 디스플레이 기기 개발과 상용화를 한걸음 앞당기게 됐다.

반도체 p-n 접합은 반도체의 기본 소자 구조로서 이를 바탕으로 다양한 종류의 전자 및 광전자 반도체 소자들이 개발돼 왔다. 따라서 그래핀 p-n 접합 다이오드는 그래핀을 실용화하기 위해 반드시 필요한 핵심 기술이다.

기존 그래핀 연구에서는 '클라인 터널링 현상'으로 p-n 접합을 이루더라도 다이오드 특성을 보이지 않는 것으로 알려져 왔다.

최 교수 연구팀은 화학기상증착법(CVD)과 화학적 도핑법을 이용해 p형과 n형 그래핀을 제작하고 이 두 층을 붙여 p-n 접합을 제작했다. 접합에서 두 그래핀 층들의 계면에 도핑물질에 의한 중간층이 형성돼 터널링 다이오드가 되는 것을 발견했다.

또 그래핀 p-n 다이오드가 비교적 낮은 전압인 10V 정도에서 약 10³정도의 스위칭 비율을 보여 기존의 다른 그래핀 소자보다 구조와 성능 면에서 훨씬 우수해 실용소자로서의 가능성이 높다는 사실을 입증했다.

그래핀 p-n 수직접합으로 다이오드를 구현한 것도 이번 연구가 처음이라고 최 교수 연구팀은 설명헸다.

최 교수는 "그간 나온 실리콘 소자를 이용한 태양전지, 메모리 소자, 디스플레이 등에 들어가는 트랜지스터의 기본 구조가 p-n 접합 다이오드"라며 "실리콘이 보여준 전자소자적 특성을 보여야 전자기기 등에 응용할 수 있는데 그래핀만으로 그것을 구현해낸 것이다"고 설명했다.

이어 "CVD를 이용해 큰 면적으로 제작함으로써 그래핀의 상용화 가능성을 앞당겼다는 데 큰 의의가 있다"고 밝혔다.

최 교수 연구팀의 연구 결과는 지난 21일 미국화학회가 발행하는 세계적 나노과학 저널인 'ACS Nano' 인터넷판에 실렸으며 국내외에 특허로 출원했다.

hm3346@news1.kr