그라핀의 모서리 구조가 전자 구조 특성에 미치는 영향

단일 원자 두께의 탄소판인 그라핀(Graphene)은 차세대 나노 전자 기술 응용될 가

능성이 매우 큰 물질이다. 실제로 그라핀이 산업계에서 사용될 수 있는지는 그라핀

이 어떻게 절단되는지에 의존한다고 일리노이 대학의 연구진은 말하였다. 그라핀은 

탄소 원자들이 육방 격자(hexagonal lattice)에 놓여 있는 구조이다. 과학자들은 격

자 모서리를 따라 위치한 원자들의 방향에 따라 물질의 전자구조 특성이 달라질 것

이라고 예측하였으나 아직까지 실험적으로 증명되지는 못하였다. 

이제 일리노이 대학의 Joseph Lyding 교수와 동료 연구진을 이를 증명하였다고 말

하였다. 연구진은 그들의 실험 결과가 그라핀 모서리의 결정 방향이 그라핀의 전자 

구조 특성에 크게 영향을 미친다는 것을 보여주었다고 말하였다. 나노미터 크기의 

그라핀을 차세대 전자기술에 이용하기 위해서는 이런 결정 구조를 원자 수준에서 정

확하게 조절하는 것이 필요하다고 덧붙였다. 

연구진의 발견은 Nature Materials에 발표될 예정이다. 실험을 위해서 연구진은 실

리콘과 같은 원자 스케일의 깨끗한 반도체 표면에 그라핀의 나노미터 크기 비트를 

절단하고 증착하는 방법을 개발하였다. 그리고 연구진은 주사 투과 현미경을 사용하

여 원자 수준의 분해능으로 그라핀의 전자 구조를 조사하였다. 연구진은 그들의 연

구 결과, 지그재그 방향의 모서리는 강한 모서리 상태(edge state)를 보였고 안락의

자 (armchair) 방향의 모서리는 그렇지 않다는 것을 발견하였다고 말하였다. 

연구진은 지그재그 모서리가 대부분을 차지한 10 나노미터보다 작은 그라핀은 반도

체 특성보다 금속 특성을 보이는 것을 발견하였다고 말하였다. 이것은 트랜지스터 

제작을 위해서는 반도체 특성이 필수적이라는 것을 고려하면 매우 큰 의미를 가지

고 있는 것이라고 덧붙였다. 

탄소나노튜브와는 달리, 그라핀은 평평한 판이기 때문에 오늘날 칩제작에 사용되는 

기존의 제작 공정과 병립할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 연구진의 실험 결과는 그

라핀 기반 나노 전자기술 디바이스들이 균일한 성능을 보이기 위해서는 그라핀 모서

리 구조를 조절할 수 있어야 한다는 것을 보여주었다. 

그라핀에서 심지어 5 나노미터 크기의 지그재그 방향의 작은 부분이 존재하는 경우, 

그라핀은 반도체 특성에서 금속 특성으로 변하기 때문에 트랜지스터로 작동하지 않

을 것이라고 연구진은 말하였다. 따라서 그라핀 기반 나노 전자기술 디바이스 개발

을 위해서는 그라핀 모서리 구조를 조절할 수 있어야 한다고 연구진은 결론지었다.

http://www.physorg.com/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-16