웨이퍼 크기서 원자수준 정밀 조립 성공

포항공과대학교 김철주 교수팀
"나노소자 개발에 응용 가능"

포항공과대학교(POSTECH) 화학공학과 김철주 교수팀이 원자 하나 정도의 두께인 얇은 막을 웨이퍼 크기로 만드는 기술을 개발해 국제학술지 '나노 레터스' 표지논문에 선정됐다. POSTECH 제공

포항공과대학교(POSTECH) 화학공학과 김철주 교수팀이 국제공동연구를 통해 원자 하나 정도의 두께인 얇은 막을 웨이퍼 크기로 만드는 기술을 개발했다. 연구진은 100%에 가까운 수율로 얇은 막을 만들어 층층이 쌓는데 성공했다고 밝혔다. 또한 비틀어 쌓거나 차곡차곡 쌓는 등 겹겹이 쌓는 방식을 달리해 전혀 새로운 물질을 개발할 수 있다고 설명했다.

김철주 교수는 21일 "이전까지는 매우 작은 크기의 제한된 기술 개발에 머물렀지만, 이번 연구를 통해 세계 최초로 웨이퍼 크기에서 원자 수준의 정밀한 조립이 가능해 향후 새로운 나노소자 개발에 응용할 수 있다"고 말했다.

연구진에 따르면, 원자 하나 두께의 막은 두께나 원자 구조에 따라 다양한 물리적 특성을 지닌다. 이 막을 차곡차곡 쌓거나 비틀어 쌓는 등 쌓는 방식을 바꾸면 각기 다른 물성을 구현할 수 있다. 그러나 웨이퍼 크기의 큰 막을 조립하면 접촉면이 쉽게 오염돼 새로운 성질이 나타나지 않았다.

연구진은 두 원자가 서로 끌어당기는 인력인 반데르발스 상호작용을 이용해 얇은 막을 쌓는 기술을 개발했다. 이 기술로 원자 하나 두께의 그래핀과 육방정 질화붕소를 조립했다. 그 결과, 깨끗한 접촉면을 가진 웨이퍼 크기 박막을 거의 100%의 수율로 만들었다.

연구진은 이 기술로 지금까지는 크기가 작아 실제 디바이스로 활용하기 어려웠던 인공 결정 박막도 웨이퍼 크기로 대량생산할 수 있다고 설명했다. 또한 물질의 구조를 원자 수준에서 조절할 수 있기 때문에, 새로운 형태로 빛을 내거나 전기가 흐르는 새로운 물질 개발도 가능하다고 말했다.

이번 연구는 김철주 교수팀의 통합과정 양성준·정주현 씨와 포항가속기연구소 황찬국·이은숙 박사, 미국 일리노이대 어바나-샴페인캠퍼스(UIUC)와의 공동으로 진행해 국제 학술지 '나노 레터스(Nano Letters)'에 표지논문으로 최근 선정됐다.

김만기 기자

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