금속 액체방울로 새로운 나노물질 개발
금속 액체방울로 새로운 나노물질 개발
  • 함예솔
  • 승인 2018.08.09 10:00
  • 조회수 1124
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공정온도 500도에서 성장한 나노벨트의 주사전자현미경 이미지. 출처: 한국연구재단
공정온도 500도에서 성장한 나노벨트의 주사전자현미경 이미지. 출처: 한국연구재단

금속 액체방울을 이용한 새로운 나노물질이 개발됐습니다. 울산과학기술원 권순용 교수와 곽진성 연구교수는 응용금속합금 액체방울을 이용해 고품질 텔루라이드 나노벨트를 제조했습니다. 또한, 대기 중의 수분에 취약한 텔루라이드의 취약점을 보완하기 위해 그래핀의 봉지막 기능도 향상시켰다고 합니다. 이는 미래의 반도체 칩에 활용될 수 있을 전망입니다. 

 

여기서 텔루라이드는 위상 절연체 트랜지스터, 나노소자 내 연결소재, 상변이 메모리 등 다양한 미래반도체와 나노 전자소자 분야에서 활용될 것으로 기대되는 물질입니다. 

 

하지만 텔루륨 원자의 낮은 반응성과 안정성 때문에 아직까지 고품위의 전이금속 텔루라이드 제조에 많은 어려움을 겪고 있었습니다. 그리고 텔루라이드가 대기 중의 수분에 취약해 텔루라이드 기능을 장시간 유지시킬 수 있는 봉지막이 필요했습니다. 

 

응용금속합금을 이용한 전이금속 텔루라이드 나노벨트 성장. 출처: 한국연구재단
응용금속합금을 이용한 전이금속 텔루라이드 나노벨트 성장과정 모식도. 출처: 한국연구재단

이에 연구팀은 텔루륨이 다량 포함된 금속합금 액체방울 속에서 텔루라이드 핵 생성 및 성장을 유도하는 새로운 공법을 개발했습니다. 500℃ 이하의 낮은 온도에서 단시간에 1차원 텔루라이드 나노벨트를 웨이퍼 스케일로 제작할 수 있다고 합니다. 그리고 공정온도, 시간, 액체방울 크기 조절을 통해 나노벨트의 길이, 넓이, 두께 등의 미세조절이 가능하다고 합니다.  

 

그래핀 내 수분 투과 통로 규명. 출처: 한국연구재단
그래핀 내 수분 투과 통로 규명에 관한 이미지와 모식도. 출처: 한국연구재단

연구팀은 그래핀이 수분을 통과하지 못하도록 제어하는 기술도 개발했는데요. 화학기상증착법으로 성장한 그래핀의 수분 투과 통로를 시각화해서 수분투과의 원인을 실험적으로 처음 규명해냈습니다. 그래핀의 주름에는 수분 투과 통로가 있는데 전자빔을 통해 그래핀 표면 위에 비정질 탄소막을 선택적으로 증착시켜 수분 투과 통로를 막아 봉지막 기능을 향상시켰습니다. 


권순용 교수는 "이 연구는 새로운 성장개념을 도입해 1차원 층상구조 소재 성장과 이들의 형상 제어를 실현한 것"이라며 "1차원 물질과 2차원 물질이 융합된 신개념 나노소자에 적용될 것"이라고 전했습니다. 곽진성 연구교수는 "그래핀 봉지막 상용화를 위해 수분 투과 통로인 그래핀 주름 제어를 연구할 계획"이라며 후속연구를 밝혔습니다. 이 연구는 재료분야 국제학술지인 <어드밴스트 머터리얼스>에 게재됐습니다. 



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