화공 조길원 교수 팀 , 버널 적층 그래핀 으로 밴드 갭 제어 성공 | 포항 공과 대학교 
 화공 조길원 교수 팀 , 버널 적층 그래핀 으로 밴드 갭 제어 성공 
 2017 - 09 - 19 513 
 [ ‘ 브레이크 ’ 모르 는 그래핀 , 다층 구조 로 “ 길 들 인다 ” ] 
 흑연 의 원자 한 층 인 그래핀 은 구리 보다 100 배 이상 전기 가 잘 통하 고 , 반도체 로 주로 쓰이 는 실리콘 보다 100 배 이상 전자 를 빨리 이 동시 킨다 . 그런가 하 면 강도 는 강철 보다 200 배 이상 강하 고 , 최고 의 열전도 성 을 가진 다이아몬드 보다 2 배 이상 전도성 이 높 을 뿐 아니 라 투명 하 며 신축성 까지 뛰어나 전자 소자 로서 는 완벽 한 조건 을 갖춘 ‘ 꿈 의 신 소재 ’ 로 기대 를 모았 다 . 문제 는 바로 이 그래핀 에 전류 의 흐름 을 마음대로 제어 할 수 있 는 성질 인 밴드 갭 이 없 어 전류 의 흐름 을 제어 할 수 없 다는 점 이 다 . 전류 를 원하 는 대로 제어 할 수 없 다면 전자 소자 로서 사용 하 는 데 많 은 한계 가 있 다 . 
 화학 공학 과 조길원 교수 팀 이 이런 ‘ 브레이크 ’ 없 는 그래핀 을 버널 적층 * 1 형태 의 다층 으로 합성 하 는 한편 , 밴드 갭 을 만들 어 그래핀 과 기존 소자 의 한계 를 극복 할 해법 을 마련 했 다 . 세계 적 소재 전문 학술지 ‘ 어드밴스 드 머 터리 얼스 ( Advanced Materials ) ’ 지 표지 논문 으로 학계 의 화제 를 모은 이 연구 성과 는 그래핀 을 이용한 웨어 러블 ・ 플렉서블 소자 개발 에 활용 될 것 으로 기대 를 모으 고 있 다 . 
 우리 가 흔히 말 하 는 반도체 소자 들 은 전류 의 흐름 을 제어 할 수 있 는 구조 로 만들 어 져 있 다 . 이 는 반도체 물질 이 가진 밴드 갭 ( Band Gap ) 이 란 특성 덕분 인데 , 이 밴드 갭 은 물질 속 에서 전자 가 존재 하 는 에너지 레벨 과 존재 하 지 않 는 에너지 레벨 사이 의 차이 를 말 한다 . 표현 하 자면 전자 들 이 모여 있 는 부분 과 전자 들 이 전혀 없 는 부분 이 밴드 갭 이 란 공간 을 사이 에 두 고 있 으며 , 이 공간 을 자유 전자 들 이 돌아다니 면서 전기 를 통하 게 하 는 원리 다 . 가까우 면 가까울수록 전기 가 잘 통하 며 ( 전도성 물질 ) , 멀 면 멀 수록 전기 가 통하 지 않 게 된다 ( 부도체 ) . 반도체 는 그 차이 가 적당 해 열 이나 빛 , 전기 작용 등 을 통해 전기 를 통하 게 할 수 도 , 통하 지 않 게 할 수 도 있 다 . 바로 이러 한 성질 을 이용 해 전자 소자 를 만들 게 되 는 것 이 다 . 
 아주 훌륭 한 특성 을 가진 물질 , 그래핀 의 유일 한 단점 이 바로 이 밴드 갭 이 없 어 전류 를 전혀 조절 하 지 못한다는 점 이 다 . 이 를 해결 하 기 위해 다양 한 방법 들 이 연구 되 고 있 는데 , 조길원 교수 팀 이 주목 한 것 은 버널 적층 ( Bernal - stacking ) 된 그래핀 구조 다 . 이 형태 의 그래핀 은 외부 전기장 에 의하 여 변화 하 는 밴드 갭 을 갖 는다 . 하지만 , 지금 까지 화학 기상 증착 법 으로 그래핀 을 만들 면 구조 가 제어 된 여러 층 의 그래핀 을 만들 수 가 없 다는 한계 가 있 었 다 . 
 연구 팀 은 구리 기판 뒤 에 얇 게 니켈 박막 을 붙이 는 것 으로 이 문제 를 해결 했 다 . 이렇게 만들 어 진 촉매 를 이용 , 밴드 갭 을 제어 할 수 있 는 다층 그래핀 을 만들 수 있 었 을 뿐 아니 라 그래핀 의 층수 도 아주 간단 하 게 조절 할 수 있 었 다 . 일반 적 으로 사용 하 는 웨이퍼 면적 으로 합성 했 을 때 에 도 96 . 3 % 의 높 은 균 일도 를 가져 상용 화 가능 성 도 한층 높였 다 . 
 연구 를 주도 한 조길원 교수 는 “ 밴드 갭 이 제어 된 다층 그래핀 합성 기술 은 상용 화 에 직결 되 는 중요 한 원천 기술 ” 이 라며 “ 이번 연구 는 그래핀 을 이용 한 플렉서블 전자 소자 개발 에 크 게 기여 할 것 으로 기대 한다 ” 고 의의 를 설명 했 다 . 
 한편 , 이번 성과 는 과학 기술 정보 통신부 글로벌 프론티어 사업 ‘ 나노 기반 소프트 일렉트로닉스 연구 단 ’ 지원 으로 수행 됐 다 . 
 1 . 버널 적층 
 적층 배열 로 , 위 에 있 는 그래핀 층 의 육각 - 탄소 고리 에 있 는 , 하나 걸러 하나 씩 의 탄소 가 아래 그래핀 층 의 육각 - 탄소 고리 의 중심 에 놓이 는 배열 
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