한국기초과학연구원(IBS·원장 김두철)이 탄소나노튜브를 탄화텅스텐과 합성해 반도체 성질을 띠게 하는 데 성공했다. 탄소나노튜브 물성을 자유자재로 제어, 대량 생산화에 기여할 것으로 전망된다.
IBS는 펑딩 다차원 탄소재료 연구단 그룹리더팀이 중국 베이징대 연구팀과 함께 탄소나노튜브 물성을 자유자재로 조절할 수 있는 합성 기술 기반을 마련했다고 15일 밝혔다.
탄소나노튜브는 탄소 원자가 육각형 벌집 모양이 튜브처럼 말린 형태다. 머리카락 10만분의 1정도 굵기다. 단일벽, 수평형 탄소나노튜브는 반도체 성질을 띠고, 열전도성·물리력 강도가 우수하는 등 실리콘을 대체할 차세대 마이크로칩 소자로 주목받고 있다.
그러나 탄소나노튜브 물성을 자유자재로 조절하기 어려웠다. 탄소나노튜브 물성은 튜브 직경, 튜브 벽이 말린 각도 등에 따라 결정된다. 반복 실험을 거쳐 도체·반도체 등 물성을 결정하는 구조 조건을 찾았지만 최적화한 튜브를 대량 생산하는 기술은 개발하지 못했다.
펑 그룹리더팀이 이끄는 연구팀은 탄소나노뷰트에 촉매 물질인 탄화텅스텐을 결합할 때 안정된 반도체 성질을 띤다는 것을 발견했다. 탄화텅스텐은 반도체 탄소나노튜브와 유사한 결정 구조로 되어 있다.
연구팀은 사파이어 결정 기판 위에 탄화수소 반응가스, 초소형 탄화텅스텐 촉매를 공급해 순도 80% 이상의 반도체 탄소나노튜브를 합성했다. 초소형 분말 탄화몰리브덴 촉매로 최적화된 도체 탄소나노튜브를 합성하는 방법도 확인했다.
연구팀은 각기 다른 적합 촉매 물질을 활용해 탄소나노튜브에 원하는 구조, 성질로 바꿀 수 있다고 설명했다. 앞으로는 탄소나노튜브 합성 원리, 합성 과정 제어 방안을 연구한다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
