▲ 액상 박리법을 이용해 제작된 흑린 박막의 주사 탐침 현미경 이미지. 흑린 박막은 층 구조를 이루며 삼각형 모양의 흑린 단결정 원자층이 균일하게 분포된 것을 볼 수 있다..

미래 전자소재로 주목을 받고 있지만 대량 생산 기술이 없던 흑린 박막의 상용화를 위한 길이 열렸다. 국내 연구진이 고결정성 흑린 박막의 대량생산이 가능한 기술개발에 성공했다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 6일 환경소재분석본부 나노표면연구팀 이주한 박사팀이 홍익대 박병남 교수팀과 함께 흑린 덩어리에서 원자 1∼3개 층 두께의 고결정성 흑린 박막을 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

그래핀은 미래 전자소재로 많은 주목을 받고 있지만 반도체 소자 동작에 필수적으로 필요한 에너지 밴드갭이 없는 것이 큰 결점이다. 하지만 흑린은 에너지 밴드갭(0.2~3eV)가 존재해 미래 전자소재로 최근 큰 주목을 받고 있다.

하지만 흑린을 반도체 소자로 만들기 위해서는 결정형 흑린박막이 필요한데 아직도 대량생산을 위한 기술이 없었다. 액체를 이용한 박리법이 최근 주목받았지만 제어가 어려운 형태의 두께로 생산돼 실제 소자 적용은 불가능했다.

이에 연구팀은 에탄올과 물을 이용하는 간단한 액상 박리법으로 삼각형 모양의 흑린 단결정이 겹겹이 쌓인 층구조 흑린 박막을 얻는 방법을 개발하고, 이렇게 제작한 원자층 단위의 흑린 박막으로 전자 소자를 제작, 응용 가능성을 입증했다.

또한 흑린 박막으로 만든 트랜지스터의 특성운 아세톤에 노출된 후 전류가 상승하는 특성을 보여 앞으로 유독가스 감지 센서 등으로 활용될 수 있는 가능성을 보였다.

연구팀은 이론적 계산과 모델링으로 흑린 단결정의 삼각형 형태 박리와 에너지 간 관계를 규명하고, 삼각형 모양의 흑린 단결정 박막 두께, 크기 등 여러 변수를 제어해 질적으로 우수한 흑린 박막을 대량 생산할 수 있는 기반을 구축했다고 설명했다.

이주한 박사는 "이 연구에서 액상 박리 방법으로 고결정성, 방향성, 층구조 등을 갖춘 양질의 흑린 박막을 처음으로 만들고 특정 유독가스 센서 제작 가능성을 보였다"며 "현재 흑린 박막을 이용해 다양한 응용소자를 개발하고 있다"고 말했다.

한편, 해당 연구 결과는 국제학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific reports, 3월 30일자) 온라인판에 게재됐다.