우리 연구진이 실리콘을 대체할 차세대 반도체 기술의 핵심 소재로 주목받고 있는 이차원 반데르발스 재료의 상용화를 위한 분석 기술 개발에 성공했다.
한국연구재단은 이재현 아주대 교수 연구팀이 황동목 성균관대 교수, 김태훈 전남대 교수와 합성된 다결정 이차원 반데르발스 재료의 미세구조를 정확하게 분석할 수 있는 2D 결정 스캐너 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.
이차원 반데르발스 재료는 원자 한 층의 두께를 가진 평면 형태의 극박막 소재로, 나노급 선폭과 두께를 가진 초고집적 반도체 내에서 높은 물리·화학적 물성 및 안정성을 유지할 수 있어 실리콘을 대체할 수 있는 유력한 후보로 주목받고 있다. 그러나 원자층 수준에 불과한 두께로 인해 일반적으로 사용되는 미세구조 분석법의 직접적인 적용이 불가능하다.
이에 따라 합성된 이차원 반데르발스 소재의 빠른 상용화를 위해선 미세구조를 정확하게 분석할 수 있는 기술이 필요하다.
연구팀은 서로 다른 이차원 반데르발스 소재를 각도가 다르게 겹쳐 적층할 때 나타나는 새로운 간격의 무늬와 그에 따른 광학적 특성 변화에 주목했다.
미세구조의 결정 방향이 확인된 단결정 단층 그래핀을 광학필터로 활용, 그 위에 합성된 미지의 다결정 그래핀을 반데르발스 힘(전기적으로 중성인 분자 간 서로 당기는 힘)을 이용해 적층한 후 나타나는 변화를 라만분광법으로 분석했다.
분석 결과 미지의 다결정 그래핀 내부에 존재하는 여러 미세구조 정보들이 광학필터로 활용된 단결정 단층 그래핀과 서로 다른 각도로 적층된 것을 확인했으며, 이를 통해 어긋난 미세구조의 광학적 정보를 빠르고 정확하게 스캔해 이미지화할 수 있었다.
또 분석을 완료한 시편은 연구팀의 독자 기술인 원자-스폴링 기술을 통해 포스트잇을 떼는 것처럼 물리적 파괴 없이 깨끗하게 분리했다.
연구팀은 이번 연구 성과를 통해 대면적으로 합성된 이차원 소재의 미세구조를 빠르고 정확하게 분석할 수 있게 되면서 소재에 대한 높은 신뢰성이 요구되는 분야의 어려움을 해결할 수 있을 것으로 보고 있다.
이재현 교수는 “후속 연구를 통해 양산 공정에 적용이 가능한 실시간 고속 분석 기술로 발전이 가능할 것으로 예상된다”고 말했다.
이번 연구 성과는 재료분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 지난달 4일 온라인 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
