정전기 현상을 이용해 그래핀 전자소자를 구동하는 기술이 개발됐다. 2일 한국연구재단에 따르면 성균관대 김상우 교수 연구팀은 원자 한 층의 매우 얇은 두께를 갖는 2차원 물질에서 발생하는 정전기 현상을 이용해 전기적 특성을 제어하는 그래핀 전자소자 기술을 개발하는 데 성공했다. 이번 연구 성과는 네이처 커뮤니케이션즈 6월 26일 자에 게재됐다.

그래핀 전자소자는 흑연·다이아몬드와 같이 탄소 원자로만 이뤄진 탄소화합물로 탄소원자 6개가 육각형으로 결합된 구조가 모여 원자 한 층의 평면을 이루고 있는 물질로 만든 저항을 조절해 전기의 흐름을 제어하는 전자소자이며 2차원 물질은 원자 수준의 매우 얇은 두께를 갖는 물질을 말한다.

그래핀 등 2차원 물질은 전기적 특성이 우수해 차세대 전자소재로 활용하기 위한 연구가 전 세계적으로 진행 중이지만 2차원 물질로 이뤄진 전자소자는 제작 공정이 복잡하고 집적화가 어렵다. 또 전류의 on·off를 조절(게이트)하는 위치나 형태·크기를 수정할 수 없어 상용화하는 데 한계가 있다.

연구팀은 그래핀의 정전기 현상을 이용한 전류 조절 게이트 방법을 개발했다. 마찰로 발생한 정전기는 그래핀을 투과하고 하부 기판에 갇혀 게이트 역할을 한다. 정전기에 의한 게이트는 그래핀의 전기전도도 특성을 제어하고 향상시켰다. 정전기를 이용하기 때문에 게이트가 따로 필요하지 않아 제어가 간편하다.

한 번 제작하면 수정이 불가능했던 기존 전자소재와 달리 정전기의 형성, 수정 삭제가 가능해 그래핀뿐만 아니라 다양한 2차원 물질에서도 전기적 특성을 제어할 수 있다. 또 나노미터(1㎚=10억 분의 1m) 수준의 미세제어를 할 수 있다. 전자소자에서 전류의 조절 역할을 하는 게이트 형성을 위한 공정이 필요하지 않기 때문에 초고밀도 집적화가 가능하고 제조단가와 제작 시간도 크게 줄일 수 있다는 장점이 있다.

김 교수는 “향후 나노 수준의 미세 제어 기술로 초고밀도 집적화를 통한 초고용량 메모리 저장 전자소자, 그래핀 투명전극, 반도체 소자 내 전극 소재 등에 적용할 수 있을 것이다”라고 말했다.

강정의 기자 justice@ggilbo.com