미래 반도체 소자 적용가능 그래핀

레이저로 그래핀에 밴드갭 형성

그래핀,트렌치형태로 변형

그래핀의 미래 활용 분야 다양

입력시간 : 2019-08-27 19:24:52 , 최종수정 : 2019-09-01 21:04:23, 김태봉 기자

그래핀의 밴드갭을 변화시킬 수 있는 새로운 레이저 기술

 

미국 퍼듀 대학(Purdue University), 미시간 대학(University of Michigan), 중국 화중과학기술대학(Huazhong University of Science and Technology)의 연구진은 레이저 기술로 그래핀에 힘을 가함으로써 전류 흐름을 변화시킬 수 있는 새로운 방법을 개발했다.


그래핀은 강철보다 100배 이상 강한 초박막 물질로서 열과 전기를 전도할 수 있다. 그래서 실리콘 전자장치보다 더 빠른 전자장치를 만들 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 그러나 이것이 가능하려면 그래핀이 전류를 온/오프할 수 있어야 한다. , 밴드갭(bandgap)을 가지고 있어야 한다. 그래야 컴퓨터가 정보 처리에 사용하는 01을 만들 수 있다.


그래핀은 밴드갭을 가지고 있지 않다. 실리콘과 같은 반도체로서 사용하려면, 밴드갭이 적어도 0.5전자볼트가 되어야 한다. 이번 연구에서는 그래핀의 밴드갭을 생성하고 2.1전자볼트(electronvolt)까지 넓히는데 성공했다.


화학적 도핑을 통해서 그래핀의 구조를 변화시키지 않으면서 높은 밴드갭을 달성한 것은 이번이 처음이다. 밴드갭이 존재함으로써 반도체 물질은 전류를 절연시키거나 전도시키는 것을 서로 전환시킬 수 있다. 이번에 0.5 전자볼트 이상의 그래핀을 만듦으로써 차세대 전자장치에 그래핀이 매우 유용하게 적용될 수 있다는 것을 보여주었다.


이전 연구들은 단순히 그래핀을 펼쳐서 밴드갭을 만들었지만, 이런 스트레칭만으로는 밴드갭을 크게 넓힐 수는 없었다. 밴드갭을 열기 위해서는 그래핀의 형상을 영구적으로 변형시켜야 한다.

이번 연구진은 그래핀에 밴드갭을 개방했을 뿐만 아니라 이런 밴드갭이 0 ~ 2.1전자볼트까지 조정할 수 있었다. 따라서 더 다양한 분야에 그래핀을 적용할 수 있게 되었다.


이번 연구에서는 레이저로 그래핀 시트를 관통시킴으로써 그래핀에 충격을 주었다. 레이저 충격은 그래핀을 트렌치(trench) 형태로 영구적으로 변형시켰다. 레이저 파워를 조정하면 밴드갭도 변화시킬 수 있다.

아직까지 그래핀으로 반도체 소자를 만들 수 없었지만 이번 기술 개발로 향후에는 이것이 가능하게 될 것이고 그래핀의 뛰어난 광학적, 자기적, 열적 특성을 활용하면 더 많은 분야에 적용 가능할 것이다.


이 연구결과는 저널 Advanced Materials“Asymmetric 3D ElasticPlastic StrainModulated Electron Energy Structure in Monolayer Graphene by Laser Shocking” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1002/adma.201900597).

 

 

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