공기 중에 장기간 노출해도 특성이 변하지 않는 n형 그래핀 반도체 소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다. n형 반도체는 주된 운반체가 전자(electron)인 반도체로 정공(hole)이 주된 운반체 역할을 하는 `p형` 반도체와 구분된다.
성균관대 화학과 이효영·김태성 교수 연구팀은 그래핀 반도체에 인 화합물을 첨가해 공기 중에서 장기간 변하지 않는 n형 그래핀 반도체 소자를 개발했다고 28일 밝혔다. 그래핀 반도체는 일반적으로 공기 중에서 p형 특성을 지니고 n형이라도 공기 중에서 쉽게 p형으로 변형되는 한계가 있었다. n형과 p형이 동시에 존재하는 상호 보완적인 그래핀 반도체 소자를 개발하기 위해서는 n형의 특성이 극대화되면서도 그대로 유지되는 것이 중요하다.
연구팀은 전자가 풍부한 인(P)을 그래핀에 첨가해 n형 반도체 특성을 극대화했다. 그래핀의 장점인 높은 전하이동도를 유지하면서 실리콘에 비해 간단한 공정으로 n형 그래핀 반도체 소자를 개발했다.
특히 n형 그래핀 반도체 소자는 기존의 연구결과와 같은 진공상태가 아닌 공기 중에 6개월 이상 장기간 그대로 노출해도 그 특성을 유지한다.
이 교수는 “세계 반도체 시장에서 지속적으로 우위를 선점하기 위해서는 장기간 공기 중에 노출되어도 안정한 n형 그래핀 반도체 소자 개발이 필요하다”며 “그래핀에 인을 도핑해 n형 반도체 소자의 특성을 극대화하는 데 성공함으로써 p형과 n형이 동시에 존재하는 상호보완형 그래핀 소자 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
연구 결과는 재료분야 학술지 `어드밴스드 머티리얼`지 지난 7일자 온라인으로 게재됐다.
윤대원기자 yun1972@etnews.com