기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단 펑딩 그룹리더팀은 중국 연구진과의 공동연구를 통해 기존보다 3배 빠른 속도로 그래핀을 성장시키는 데 성공했다고 16일 밝혔다. 이는 현재까지 학계에 보고된 최고 속도다.

원자 두께의 2차원 소재는 얇고 잘 휘면서도 단단한 특성을 지녀 차세대 반도체 소재로 각광받고 있지만, 상용화가 가능할 정도로 크게 만드는 것은 현실적으로 어려웠다. 대면적 제작에 성공한 물질 자체가 드물고, 대면적화에 성공하더라도 긴 제조시간 탓에 상용화가 쉽지 않았기 때문이다.

이에 연구진은 그래핀 성장에 불소를 적용했다. 금속기판으로 불소를 함유한 금속불화물(MF2)을 사용하고, 이 위에 얇은 구리 필름을 올린 형태의 기판을 제작했다. 이후 온도를 높여 불소가 금속불화물로부터 방출되게 했다.

그 결과, 개발된 기술은 그래핀을 분당 12㎜의 속도로 빠르게 성장시켰다. 이는 지금까지 보고된 그래핀 성장 최고속도였던 분당 3.6㎜ 보다 3배 이상 빠른 속도다. 연구진은 이 기술을 대표적인 2차원 부도체 물질인 육방정계 질화붕소와 반도체 물질인 텅스텐이황화물 성장에도 적용해 본 결과, 그래핀과 같이 주입된 불소가 성장속도를 크게 단축함을 확인했다. 불소가 다양한 2차원 소재들의 성장속도를 가속하는 상용화의 열쇠임을 증명한 셈이다.

펑딩 그룹리더는 "2차원 물질의 성장과정에서 불소를 국소적으로 주입하는 간단한 방식으로 상용화의 걸림돌이던 성장속도 문제를 해결했다"며 "앞으로 다양한 2차원 물질을 더 향상된 속도로 합성할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 세계적인 학술지인 네이처 케미스트리(Nature Chemistry, IF 25.870)에 게재됐다.박영문 기자

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