한국연구재단(이사장 노정혜)은 권순용·곽진성 UNIST 교수 연구팀이 용융금속합금 액체방울을 이용해 고품질 텔루라이드 나노벨트를 제조했고 이를 수분으로부터 지켜줄 그래핀의 봉지막 기능을 향상시켰다고 9일 밝혔다.

꿈의 신소재인 그래핀이 발견된 이후 이와 유사한 2차원 층상구조의 칼코겐(주기율표 16족 원소 중 황(S)·셀렌(Se)·텔루륨(Te)의 3원소) 화합물들도 활발히 연구되고 있다.

그중 텔루라이드는 위상절연체 트랜지스터, 나노소자 내 연결소재, 상변이 메모리 등 다양한 미래 반도체와 나노 전자소자 분야에서의 높은 응용이 기대되고 있다.

하지만 텔루륨 원자의 낮은 반응성과 안정성 때문에 아직까지 고품위 전이금속 텔루라이드 제조에 많은 어려움이 있다. 텔루라이드가 대기 중의 수분에 매우 취약하므로 이들의 우수 기능을 장시간 유지시킬 수 있는 봉지막이 필요했다.

연구팀은 텔루륨이 다량 포함된 금속합금 액체방울 속에서 텔루라이드 핵 생성과 성장을 유도하는 새로운 공법을 개발했다. 낮은 온도에서(500℃ 이하) 단시간에 1차원 텔루라이드 나노벨트를 웨이퍼 스케일로 대면적 제작할 수 있고 텔루라이드의 화학 조성비도 조절할 수 있다.

또 연구팀은 그래핀이 수분을 투과하지 못하도록 제어하는 기술도 개발했다. 화학기상증착법으로 성장된 그래핀의 수분 투과 통로를 시각화해 그래핀의 주름이 수분을 투과시킴을 규명했다. 이어 비정질 탄소를 활용해 수분 투과를 막고 봉지막으로서의 특성을 향상시켰다.

권순용 교수는 "이번 연구는 새로운 성장개념을 도입해 1차원 층상구조 소재 성장과 이들의 형상 제어를 실현한 것"이라며 "1차원 물질과 2차원 물질이 융합된 신개념 나노소자에 적용될 것으로 기대된다"고 말했다.

한편 이번 연구 성과는 재료분야 국제학술지 '어드밴스트 머터리얼스(Advanced Materials)'에 지난달 26일에 두 편의 논문이 동시에 게재됐다.