금속 액체방울로 새로운 나노물질 개발

그래핀 봉지막 기술과 함께, 미래 반도체 칩 활용 기대

국내 연구진이 금속 액체방울로 새로운 나노 물질을 개발했다. 울산과학기술원 권순용 교수‧곽진성 연구교수 연구팀이 용융금속합금 액체방울을 이용해 고품질 텔루라이드 나노벨트를 제조하고, 이를 수분으로부터 지켜줄 그래핀의 봉지막 기능을 향상시켰다고 밝혔다.

(b) 공정온도 500℃에서 성장된 이텔루륨화텅스텐(WTe2) 나노벨트의 주사 전자 현미경 이미지
(c) 에너지 분산형 분광분석법(energy dispersive X-ray spectroscopy)을 통해 성장된 삼원합금 텔루라이드(W0.5Mo0.5Te2) 나노벨트 내 화학 조성비 분석결과

꿈의 신소재인 그래핀이 발견된 후 이와 유사한 2차원 층상 구조의 칼코겐(주기율표 16족 원소 중 황(S)·셀렌(Se)·텔루륨(Te)의 3원소) 화합물의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 

그러나 텔루륨 원자의 낮은 반응성과 안정성 때문에 현재까지 고품위 전이금속 텔루라이드를 제조하는데 많은 어려움을 겪고 있다. 또 텔루라이드는 대기 중의 수분에 매우 취약해 우수 기능을 장시간 유지시킬 수 있는 봉지막이 필요하다.

이를 통해 낮은 온도(500℃ 이하)에서 단시간에 1차원 텔루라이드 나노벨트를 웨이퍼 스케일로 대면적 제작할 수 있고, 화학 조성비도 조절할 수 있다.

(b,c) 그래핀 주름과 구리 스텝 모서리와의 교차점에서 수분 투과 통로가 주로 형성됨을 보여주는 주사 전자 현미경 이미지와 모식도
(d) 전자빔을 통해 그래핀 표면 위 일정 영역에 비정질 탄소막을 증착한 샘플을 화학처리 후, 관찰한 광학 현미경 이미지

연구팀은 또 그래핀이 수분을 투과하지 못하도록 제어하는 기술도 개발했다. 이를 통해 화학기상증착법으로 성장된 그래핀의 수분 투과 통로를 시각화해 그래핀의 주름이 수분을 투과시킨다는 것을 규명했다. 또 비정질 탄소를 활용해 수분 투과를 막고 봉지막으로서의 특성도 향상시켰다.

권순용 교수는 “이번 연구는 새로운 성장 개념을 도입해 1차원 층상구조 소재 성장 및 이들의 형상 제어를 실현한 것”이라며 “1차원 물질과 2차원 물질이 융합된 신개념 나노 소자에 적용될 것으로 기대한다“고 말했다.

곽진성 연구교수는 ”향후 그래핀 봉지막 상용화를 위해 수분 투과 통로인 그래핀 주름 제어를 연구할 계획“이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부‧한국연구재단 나노·소재기술개발사업, 기초연구사업(전략과제, 신진연구)의 지원으로 수행됐다. 국제학술지 ‘어드밴스트 머터리얼스(Advanced Materials)’에 7월 26일 두 편의 논문이 동시 게재됐다. 

IT뉴스 / 김들풀 기자  itnews@