충남대 윤순길 교수 연구팀 그래핀 반도체 기술 개발 '세계최초'

윤순길 충남대 신소재공학과 교수. /충남대 제공

충남대학교는 신소재공학과 윤순길 교수 연구팀이 세계 최초로 무 전사 그래핀을 이용해 디지털 논리소자에 응용 가능한 p-type 그래핀 반도체 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

현재까지 전 세계 연구자들은 대 면적 그래핀을 디지털 논리소자(digital logic device)로 응용하기 위해 질소(N)와 보론(Boron)도핑을 통한 반도체 특성 구현 연구를 진행해왔지만 매번 반도체 특성구현에 실패했다.

윤순길 교수 연구팀은 100℃에서 성장된 무 전사 그래핀을 아르곤 플라즈마로 카본체인을 끊어 카본 원자를 부분적으로 제거한 후 연구실에서 고안한 Facing-Target-Sputtering(FTS, 스퍼터링 시 그래핀이 플라즈마로부터 데미지를 받지 않는 새로운 공법)을 이용해 보론(Boron)을 도핑했다. 그 결과 윤 교수 연구팀은 디지털 논리소자에 적합한 p-type 반도체 특성의 대 면적 그래핀을 개발하는 데 성공했다.

대 면적 그래핀을 디지털 논리소자에 응용하려면 문턱전압에서 on/off 전류 비율이 최소 103이상 초과해야 하는데 윤 교수팀의 측정 결과 on/off가 105이상이고 홀 이동도도 매우 높은 290㎠/Vs로 확인됐다.



이와 함께 이번 p-type 그래핀 반도체 기술은 소자의 전력소비량을 줄이는 척도인 Subthreshold Swing(S.S)가 매우 낮은 수치인 약 70mV/dec.로 측정돼 소자 작동 시 전력 소비를 최소화하는 획기적 기술로 평가받았고 국내 특허(10-2463561 (2022))에도 등록됐다.

윤순길 교수는 "대 면적 제작과 재현성이 뛰어난 이번 기술을 바탕으로 관련 기업과 협력 연구를 수행하고 있어 그래핀의 영광 재현에 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.
오현민 기자