초미세 그래핀 나노리본 세계 최초 개발
- 한·헝가리 연구진 연구 성과, '세계적 학술지' Nature 게재 -
- 반도체 소자로서 그래핀 상용화 앞당겨 - 
   

국내외 공동 연구진이 미래의 반도체 소재인 그래핀의 단점을 보완한 초미세 그래핀 나노리본 제작 기술을 개발하고 연구결과를 세계적인 과학학술지인 네이처(Nature)에 30일자로 발표했다. *논문명 :Room-temperature magnetic order on zigzag edges of narrow graphene nanoribbons

한국표준과학연구원(표준연, 원장 강대임) 나노측정센터 황찬용 박사팀과 헝가리 학술원 소속 자연과학연구소 레벤떼 타파쵸(Levente Tapaszto) 박사팀은 실온에서 테두리(edge) 모양을 제어할 수 있는 그래핀 나노리본(폭 2 ~10 nm)을 세계 최초로 제작했다.
    - 그래핀은 실리콘에 비해 100배 이상 높은 전도도와 휘는 특성으로 ‘꿈의 신소재’로 불리지만 전류를 제어할 수 없어 반도체 소자에는 사용하기 어렵다는 한계점이 있다. 그러나 그래핀을 작은 크기로 자르면 밴드갭이 형성되어 반도체의 특성을 지니게 되는데 이를 그래핀 나노리본이라 하며 이를 이용하면 소자의 제작이 가능해진다.
    - 잘려진 그래핀 나노리본은 테두리의 모양에 따라 안락의자형(Armchair) 또는 지그재그형(Zigzag)으로 구분되며, 그 크기 및 모양에 따라 금속 또는 반도체로서의 특징이 확연하게 달라지기 때문에 원하는 형상으로 정밀하게 자르는 것이 매우 중요하다. 

공동연구팀은 STL기술을 이용하여 그래핀 나노리본의 테두리 모양을 원하는 대로 제작하는데 성공했다. 미세탐침을 이용해 그래핀에 전압을 가하면 그래핀의 탄소가 주변의 물과 반응하여 CO2로 분해되는 방식이다. *STL(Scanning Tunneling Lithography) : 주사터널링 식각. 물질 표면과 탐침사이에 전압을 가해 전류를 측정하는 주사터널링현미경(STM)을 응용한 방식으로 원자레벨 수준의 패턴 제작이 가능한 것이 특징이다.
    - 그동안 나노크기의 그래핀 리본을 만들기 위해 에칭, 용액을 이용한 합성 등이 활용되었으나 에칭의 경우 20 nm이하의 나노리본을 제작할 수 없고, 합성의 경우 테두리 모양을 자유자재로 제어할 수 없었다.

또한 공동연구팀은 2~10 nm 크기 그래핀 나노리본의 물리적 특성을 완벽히 규명함으로써 반도체 소자로서의 그래핀 상용화 기술을 획기적으로 앞당겼다. 
    - 2~10 nm 크기에 달하는 그래핀 나노리본 폭의 증감에 따라 반도체 또는 금속으로 변하는 상전이 현상을 발견했다. (지그재그형의 경우, 7 ~ 8 nm 사이에서 반도체에서 금속으로 변함)

표준연 황찬용 박사는 “이번 연구 성과를 통해 그래핀의 단점인 전류 제어 문제를 해결함으로써 그래핀이 반도체 소자로 활용될 수 있는 가능성을 높임과 동시에 스핀소재로서의 이용이 가능함을 제시했다.”고 말하며 “다른 방법으로 제작된 나노리본 보다 더 작은 사이즈로 제작 가능하기 때문에 반도체 소자의 소형화가 가능하다.”고 말했다. 

이번 연구결과는 국가과학기술연구회의 대표적인 국제공동연구 지원사업인「한-헝가리공동연구실사업」에서 얻어진 결실로,
    - 한·헝가리공동연구실 사업은 지난 2009년 한-헝가리 수교 20주년을 계기로 2010년 헝가리의 정부연구기관인 헝가리학술원에 2개의 공동연구실을 개소한 뒤, 매년 3억 원 수준의 연구비를 2~3개 공동연구실에 각각 지원해 온 사업으로 현재까지 5년간 총 50여억원의 연구비가  투입되었으며, 지금은 양국 간 안정된 과학기술협력 프로그램으로 운영되고 있다.
    - 헝가리는 유럽과의 과학기술협력 거점으로, 특히 에너지, 재료, 생명공학 등 다양한 분야에서 기초과학 역량이 매우 높은* 국가이다. *2010년 기준 노벨상 수상자 14명 보유 
    - 국가과학기술연구회 관계자는 동 사업이 내실 있는 연구 성과가 도출되고 있는 국제공동연구 지원사업인 만큼, 앞으로 꾸준히 연구비를 투입하여 출연(연)의 글로벌화를 뒷받침할 계획이라고 밝혔다.