그래핀 등 저차원 물질 전기물성 고정밀 측정기술 개발

입력 2017-01-31 13:35

그래핀 등 저차원 물질 전기물성 고정밀 측정기술 개발

그래핀 등 저차원 물질 전기물성 고정밀 측정기술 개발

표준연·IBS 연구진 "그래핀·양자점·나노선 등 전기물성 측정 가능"

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 그래핀(graphene)이나 양자점(quantum dot), 나노선(Nanowire) 등 저차원 신물질의 전기물성을 정확히 측정하는 기반 기술을 개발했다.

한국표준과학연구원(KRISS) 양자측정센터 정수용 박사와 기초과학연구원(IBS) 복잡계이론물리연구단 박희철 박사팀은 박막형태 그래핀과 육방형 질화붕소(HBN), 흑연을 겹겹이 쌓은 나노소자를 제작해 전자터널링분광법으로 양자전기물성을 정확히 측정했다고 밝혔다.

현재 전자소자로는 실리콘과 같은 3차원 물질이 사용되고 있지만, 최근 그래핀과 양자점, 나노선, 전이금속칼고겐화합물(TMDC) 등 3차원 물질과는 다른 물성을 가진 2차원 물질이 미래 전자소재로 주목받고 있다.

이에 따라 2차원 물질의 복합 물성 기초연구와 고정밀 측정기술 개발 필요성이 대두하고 있다. 특히 이들 물질을 전자소자 등에 활용하기 위해서는 에너지 변화에 따른 전자상태밀도 변화량 등 양자전기물성의 정밀 측정이 중요하다.

전자상태밀도 변화량은 현재 양자역학적 성질인 전자터널링 현상을 이용한 전자터널링분광법이 사용되는데, 이 방법은 측정에 사용되는 물질이 환경적 요소에 불안정하게 반응하고 2차원 소자구조의 물리적 한계로 정확한 측정이 어려운 문제가 있다.

연구진은 화학적, 물리적으로 안정적인 육방형 질화붕소 박막과 이차원 단결정 흑연의 복합구조로 된 고성능 나노소자를 만들어 전자터널링분광법으로 단일막과 이중막 그래핀의 양자전기 물성을 정확히 측정하는 데 성공했다.

기존 전자터널링분광법에서는 질화붕소-그래핀-진공 간극-금속전극 구조를 사용했으나 연구진은 진공 간극을 육방형 질화붕소 박막으로 대체한 고성능 나노소자를 사용했다.

연구진은 소자제작기술과 측정기술을 최적화해 전자터널링분광법의 정밀도를 극대화했다며 이 측정법으로 극저온·고자기장 조건에서 그래핀의 전자사태밀도를 높은 정밀도로 측정하는 게 가능해졌다고 설명했다.

정 박사는 "이번에 개발한 이차원 복합구조 공정기술과 전자터널링분광법을 이용한 양자전기물성 측정기술은 응용분야가 광범위해 그래핀 외에도 양자점과 나노선 등 다양한 저차원 신물질의 양자전기물성 측정에 쉽게 적용할 수 있다"고 말했다.

이 연구 결과는 미국화학회(ACS)의 나노분야 학술지 '나노 레터스'(Nano Letters, 1월 12일자) 온라인판에 게재됐다.