성균관대 이효영(48·사진)교수가 주도하고 김태성 교수가 참여한 연구진은 그래핀 반도체에 전자가 풍부한 인(P)을 그래핀에 첨가해 n형 반도체의 특성을 극대화시키는데 성공했다.

높은 전하이동도를 유지하면서도 실리콘보다 간단하고 경제적인 n형 반도체 소자를 개발하는데 성공한 것.

진공 상태가 아닌 공기 중에서도 특성이 그대로 유지돼 상용화 가능성도 한층 높였다. n형 반도체는 전자(electron)가 전기를 운반하고 p형 반도체는 전자 대신 정공(hole)이 전기를 운반한다.

그래핀은 흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소나노물질로 전도성과 전하이동도가 높고 결합력이 강해 응용분야가 무한한 꿈의 신소재로 불린다.

특히 반도체 소자 분야에서는 부러지기 쉬운 기존 실리콘 반도체의 한계를 극복할 수 있는 소재로 기대를 모은다.

기존 그래핀 반도체는 공기중에서 p형의 특성을 지니며 n형도 공기중에서는 쉽게 p형으로 바뀌기 때문에 n형과 p형이 공존하는 상호보완적인 그래핀 반도체 소자를 개발하기 위해서는 공기 중에도 n형의 특성이 유지되는 방법을 찾는 것이 과제였다.

최근 그래핀에 질소원자를 넣어 n형 반도체의 특성을 나타내도록 하는 소자는 개발됐지만 이 역시 공기중에서는 산소와 수분의 영향을 받아 p형 반도체 같은 특성으로 변하는 단점이 있었다.

연구는 교육과학기술부와 한국연구재단의 리더연구자지원사업의 일환으로 수행됐으며 연구결과는 재료분야의 권위있는 학술지 어드밴드스 머터리얼 8월 7일자 온라인에 게재됐다. 오정연 기자

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