그래핀(for the semiconductor) 반도체

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을 조절하게 된다.
재료 및 제조 공정의 발전과 새로운 구조의 제조 및 검사가 계속될 것이라고 연구진은 기대하고 있다. 장거리 경기에서 겨우 첫 발을 내디딘 것과 같다고 그는 말했다. 그래핀에 기초한 새로운 전자소자의 구축은 매우 어렵고, 많은 사람의 노력이 요구된다고 그는 말을 맺었다.
-원리 검증적 그래핀 장치의 이미지-
7.고정밀 센서나 극초 순수 필터
(서울=연합뉴스 과학자들이 원자 1개 두께의 탄소층으로 이뤄진 세계에서 가장얇은 풍선(balloon)을 개발했다고 라이브사이언스 닷컴이 7일 보도했다.
풍선을 이루는 조직으로는 가장 작은 분자들조차 빠져나가지 못하며 적혈구 세포보다 더 작은 '수족관'에서 쓸모가 있을 것이라고 이들은 주장했다.
풍선은 연필에 있는 탄소로 만들어져 있으며 원자 두께의 얇은 탄소 박판으로 이뤄져 있다. 이 박판들은 흑연 단원자층인 그래핀(graphene)으로 알려져 있다.
그래핀은 전도성이 매우 높은 물질이며 과학자들은 그래핀이 고등 전자회로나 다른 전자장치에서 활용될 수 있는지를 연구하는 데 전념하고 있다.
미국 코넬대 물리학자 폴 맥유언은 "작은 그래핀 트램펄린들을 연구하던 중 전적으로 우연히 한 구멍에 그래핀 박판을 만들었다. 이후 연구를 계속해 박판이 안쪽에 가스를 품고 있다는 사실을 발견했다"고 말했다.
맥유언 연구팀은 그래핀으로 이뤄진 거품을 더 연구함으로써 박막이 헬륨을 포함해 가장 작은 가스 분자조차 스며들지 못하게 한다는 사실을 발견했다.
맥유언은 "원자 두께에 불과한 그 무엇이 스며들지 못하게 하는 장벽이라는 사실은 매우 놀랍다. 한쪽에는 가스가 들어있고 다른 쪽은 진공상태이거나 유체가 들어있다는 사실을 알았으며 원자 두께의 장벽으로 아무 것도 빠져나가지 못한다"고 말했다.
이를 적용하는 문제에 대해 맥유언은 분자들의 축소판 수족관이라고 불리는 한가지 가능성을 제시했다. 그는 "한쪽에는 진공 또는 공기 상태의 박막을, 다른 한쪽에는 유체상태의 DNA나 단백질을 만들 수 있다"며 "그 다음 몇 옹스트롬이나 원자 너비로 분자를 이미지화하는 데 매우 가깝게 접근할 수 있다"고 말했다. 이는 고정밀 센서나 극초 순수 필터 제작에 적용될 가능성이 있다.
맥유언은 "그 어떤 물질도 지나가도록 하지 않는 박막을 만들기만 하면 가장 관심거리는 그곳에 구멍을 내는 것"이라고 말했다.
풍선 밖으로 가스가 빠져나오는 유일한 길은 거품들이 단단히 달라붙어 있는 판유리를 지나는 것이라고 그는 설명했다.
그는 "단일 크리스털 실리콘처럼 침투가 한층 어려운 보다 훌륭한 토대를 만드는 게 필요하며 침투가 불가능한 버전을 만들 수 있을 것으로 확신한다"고 말했다.
8.가스필터, 양자간섭 장치
○ 탄소는 석탄, 흑연, 다이아몬드 등 여러 형태로 존재한다. 나노구조로는 축구공 모양의 C60, 나노튜브, 나노파이버 등의 풀러린과 단일층 육각형 격자로 된 그래핀(graphene)이 있다.
○ 2004년에 발견된 그래핀은 응집물질물리학에서 흥미로운 연구대상이다. 2차원 구조이고 갭 없는 반도체 성질을 가지며 원자가 띠와 전도띠가 만나는 점 근처에서 에너지-운동량 관계가 광자(photon)와 같이 선형이다. 응집물질에서 전자수송 현상은 슈뢰딩거 방정식으로 기술되는 게 일반적이지만 그래핀에서는 질량이 없는 상대론적 디락 방정식으로 기술된다. 이론적으로 상대론적(Klein) 터널링과 음(-)의 굴절률을 가진 물질에서 일어나는 산란효과가 예측되기도 하였다.
○ 그래핀에서 초전도성과 양자홀효과가 발견되고 p-n접합의 제작 등은 예상할 수 있다. 그래핀이 실린더 형태로 말린 것이 나노튜브이고 구형으로 되면 버키볼(buckyball)이며, 이들에 대한 수십 년의 연구로 특성이 알려져 있기 때문이다. 다만 단일층의 그래핀과 여러 층으로 된 흑연판과는 성질이 다르다.
○ 여기서는 단일층 그래핀의 게이트 전압을 가하여 전자(n)와 양공(p)을 도핑 하여 p-n 접합을 제작하고 강한 자기장을 가하여 양자홀 컨덕턴스를 측정하여 컨덕턴스 플래토(plateau)가 최신이론과 잘 일치함을 증명하였다. 기계적 박리(exfoliation)로 단일층 그래핀 판을 제조하는 기술과 국소적 게이팅으로 전하운반자의 종류와 밀도를 제어하는 기술을 발전시켰다. 실리콘 이후의 전자공학을 이끌어 갈 기본 재료로서 그래핀의 위상을 높이는 데 기여하였다고 평가된다.
○ 그래핀 연구는 이제 시작단계이다. 기초연구뿐만 아니라 단일원자의 질량을 측정할 수 있는 센서, 가스필터, 양자간섭 장치 등의 가능성도 확인되었다. 바이폴러 전자소자로 이용하기 위한 연구는 전자공학 분야에서 관심의 대상이다. 정보기술(IT)과 나노기술(NT)의 융합기술의 새로운 재료로서 그래핀의 미래는 예측하기 어려울 정도로 중요하다고 생각한다.
참고문헌
1.nano weekly 263, 273호/한국과학기술정보연구원(kisti)/나노정보분석팀/2008.02
2.고분자과학과 기술/제19권 3호/ 2008.06
3.물리학과 첨단기술/2008.06.08
4.화학세계/2008.08
5.science &nature/한국과학기술정보연구원/박종철/
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9.http://www.chempolicy.or.kr/study/paper/view.jsp?idx=40&cpage=2&searchKind=&searchTxt=
10.http://bk21-chem.postech.ac.kr/board/notice_content.html?idx=52
11.http://blog.daum.net/1728000/15706102
12.http://news.hankooki.com/lpage/it_tech/200808/h2008080710481723760.htm

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