차세대 전자소재 연구·개발로 미래 산업 성장 동력 확보

지난 2004년, 영국 맨체스터 대학의 연구팀이 세계 최초로 스카치테이프를 이용하여 흑연(Graphite)에서 ‘그래핀’(Graphene)이라 불리는 탄소로 이루어진 2차원 구조 박리에 성공한 후 이와 관련된 연구가 전 세계에서 폭발적으로 증가했다. 미래 산업의 성장을 견인할 전략적 핵심소재로 인정받고 있는 그래핀. 하지만 아직은 여러 이유로 산업화에 난항을 겪고 있는 실정이다.

  이에 최근 국내 연구진이 반도체 산업에서 널리 사용되는 대면적 실리콘 웨이퍼 위에 꿈의 나노 물질인 그래핀의 박막을 손쉽게 생성시키는 기술을 개발해 세계적 주목을 받고 있다. 그래핀을 포함한 2차원 구조 물질과 화합물 반도체 관련 연구를 진행하고 있는 고려대학교 화공생명공학과의 김지현 교수와 그의 연구진들이다. 김 교수는 기존 대면적 그래핀 합성법인 화학적 기상 증착법(CVD)의 단점을 극복하고, 실리콘 소자공정에서 많이 사용되는 이온 주입법(ion implantation)으로 지름 30㎝ 이상의 대면적 실리콘 웨이퍼 위에 그래핀 박막 두께를 조절하면서 직접 성장시킬 수 있는 기술을 개발·발표했다. 이번 연구 결과를 통해 다양한 반도체 기기에서 요구되는 물성을 제공할 수 있고, 전사과정이 필요 없어 결함 발생 등의 문제도 극복할 수 있을 것으로 전문가들은 평가하고 있다. 
 

  김지현 교수는 “상대적으로 저온에서 대면적 그래핀 박막을 형성할 수 있을 것이라 예상되기 때문에 다양한 반도체 소자에 응용할 수 있을 것입니다”라며 “현재 산업 현장에서 사용되는 기존 반도체 공정 인프라를 이용할 수 있어 그래핀 산업화를 앞당기는 계기가 될 것이라 기대됩니다”라고 피력했다. 이어 “이번 연구를 토대로 그래핀 성장온도를 실리콘 소자 공정에 적용할 수 있도록 낮추고, 공정 최적화로 그래핀의 두께·물성 등 균일성을 높이는 후속 연구를 진행중입니다.”라고 전했다 
 

  현재 그래핀의 주가는 정점을 찍었다. 하지만 기존 그래핀 합성법의 한계에 부딪혀 상용화 및 실리콘 산업과의 융합에 어려움을 겪고 있으며, 앞으로 이를 대신할 재료에 대한 필요성과 연구자들의 열망은 높아져 가고 있는 실정이다. 이에 김 교수는 그래핀의 이웃, ‘흑린’(黑燐, Black phosphorus)을 주목하고 있다. 반도체 성질을 갖고 있으나 공기와 쉽게 반응하는 특성 때문에 활용이 어려웠던 흑린은 최근 얇은 물질로 감싸 공기 중에서 반응이 일어나지 않게 하는 데 성공함으로써 반도체 활용 가능성이 확인됐다. 때문에 김 교수는 이 흑린을 이용한 차세대 소자에 대한 연구·개발에 박차를 가할 계획이다. 
 

  기본에 충실한 인재관을 바탕으로 연구진 모두가 함께 고민하고 소통해 최고의 결과를 도출해내고자 하는 김지현 교수. 그는 자신들만의 울타리가 아닌 세계와의 협업을 통해 나노 소재와 반도체 분야를 선도할 수 있는 세계적인 연구그룹을 만들어가고 있다. ‘새로움’과 ‘최고’에 대한 갈망, 김지현 교수가 주목받을 이유다.

김남근 기자 다른기사 보기