▲ 밴드갭이 없는 그래핀에 전압게이트만을 이용해 수십 nm 넓이의 1차원 전도채널을 구현한 실제 시료소자의 주사전자현미경 사진(왼쪽)과 이로부터 측정된 그래핀의 고유 전도특성인 밸리 대칭성이 보존된 양자화된 탄도성전도특성.

밴드갭이 없어 전자 소재로 한계를 지니고 있던 그래핀을 게이트 전압만을 조정해 전류의 흐름을 미세 제어할 수 있는 기법이 개발됐다. 그래핀의 전도채널 구현이 가능해짐에 따라 향후 그래핀의 다양한 활용이 기대된다.

미래창조과학부(장관 최양희)는 이후종 포스텍 교수 연구팀이 밴드갭이 없는 그래핀에서 게이트 전압을 조정해서 전류의 흐름을 미세 제어하는 기법을 창안해 그래핀을 전자이동도가 높은 정밀 전자소자 개발에 응용할 수 있는 새로운 원천기술을 확보했다고 28일 밝혔다.

이후종 교수 연구팀은 일본 물질재료연구소와 공동으로 육방정계 질화붕소 결정 박막 사이에 그래핀을 삽입하여 전자이동도가 매우 큰 그래핀을 제작하고, 그래핀 면의 위와 아래에 이중 게이트 전압을 걸어 좁은 경로에서 전기의 흐름이 주변보다훨씬 커지도록 조절하여 수십 나노미터의 폭을 가진 전도채널을 구현하였다.

연구진은 이 경우 가장자리에서 일어나는 불규칙한 전자산란이 없어 그래핀의 고유한 전도 특성이 그대로 유지되면서 전류가 게이트 전압에 의해 형성된 수십 나노미터 폭의 좁은 경로로만 흐른다는 사실을 확인하였다.

그래핀이 가지는 여러 장점에도 불구하고 밴드갭이 없어 전류를 마음대로 제어할 수 없었던 문제를 해결하고 그래핀을 정밀 전자소자로 활용할 수 있는 길을 열게 되었다.

이 기법으로 그래핀의 고유한 전도 특성이 유지되면서 전류가 흐르는 것을 이용하여 다양한 기능성을 가진 탄도성 소자 응용을 위한 원천기술의 확보와 신개념의 소자 개발이 가능해질 수 있을 것으로 기대된다.

이후종 교수는 “이 기법은 밴드갭 형성을 위해 그래핀을 좁은 리본 모양으로 절단하지 않고도 게이트 전압만으로 그래핀의 고유한 전도 특성을 유지하면서 간단하게 전류의 흐름과 방향을 미세 제어할 수 있어 그래핀을 이용한 정밀 전자소자 개발에 다양하게 활용할 수 있다”고 연구의 의의를 설명했다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부 기초연구사업(집단연구) 지원으로 연구를 수행했으며, 세계적인 학술지 네이처 피직스 (Nature Physics) 6월 20일자에 게재되었다.