2023년 1월 8일 중국 언론사 인민망(人民网)에 따르면, 최근 톈진(天津)대학교가 초고이동도 반도체 에피택셜(epitaxial)*의 성장 연구를 통해 그래핀(graphene)** 칩(chip) 제조 분야에서 새로운 문을 열었다고 한다. 톈진대학교의 나노(nano)입자 및 나노시스템 톈진국제연구센터의 마레이(马雷) 교수 연구팀이 개발한 탄화규소 기반의 그래핀은 오랫동안 그래핀 전자학의 발전을 가로막았던 주요 기술적 문제를 극복하게 했다. 해당 연구 결과는 네이처(Nature) 매거진 홈페이지(magazine homepage)에 온라인(online)으로 게재되었다.
마레이 교수는 “그”래핀이 상온에서 안정적인 상태일 수 있다고 밝혀진 최초의 2차원 물질로, 독특한 디랙 콘(Dirac cone) 에너지 밴드(energy band) 구조를 갖고 있어 ‘제로(zero) 밴드 갭(band gap)***’의 특성을 가진다”고 설명했다. 또한, “수십 년 동안 그래핀 연구자들을 괴롭혀온 밴드 갭을 어떻게 여느냐가 ‘그래핀 전자공학’의 문을 여는 ‘핵심 열쇠’이다”라고 전하기도 했다.
이와 함께 연구팀은 에피택셜 그래핀의 성장 과정을 정밀하게 제어해 그래핀에 밴드 갭을 도입하고, 새로운 형태의 안정적인 반도체 그래핀을 만드는 데 성공했다. 특히 특수 용과로를 이용해 탄화규소 웨이퍼(wafer) 표면에 에피택셜 그래핀을 성장시켜 그래핀 밴드 갭 문제를 해결했다. 에피택셜 그래핀이 제대로 만들어지면 탄화규소와 화학적으로 결합해 반도체의 특성을 보이게 된다.
에피택셜 그래핀(Epitaxial Graphene)을 활용해 반도체를 제작한 결과에 의하면, 실리콘(silicon)보다 전자 이동성이 10~20배 높은 것으로 나타났다. 전자가 낮은 저항을 받으면서 이동해 반도체 작동 속도를 더 빠르게 만든 것이다. 연구팀은 에피택셜 그래핀이 양자 컴퓨팅(quantum computing)에 필요한 전자의 양자 역학적 파동을 활용할 수 있다고 설명했다. 또한, 전선과 진공관, 실리콘에 이어 그래핀이 전자 장치의 패러다임(paradigm)을 변화시킬 것이라고 강조했다. (출처: ChosunBiz)
새로운 반도체의 개발은 기존의 실리콘 기반의 기술을 뛰어넘어 고성능 전자소자의 새로운 길을 열어줄 뿐만 아니라, 전체 반도체 산업에 새로운 활력을 불어넣고 있다. 이러한 발전은 현대 기술의 핵심 부품이나 다양한 산업 사용되어 결국 산업 발전을 선도하게 된다. 통신 기술의 발전과 의료 분야의 혁신, 그리고 에너지 효율을 향상시키는 데 기여하는 등 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 중국에서 새롭게 개발된 반도체 기술은 사회적으로 혁신과 발전을 촉진하면서 미래 발전에 더욱 중요한 역할을 할 것으로 예측된다.
해당 기사와 관련된 내용은 다음의 기사 확인 링크를 통해 확인할 수 있다. 기사 확인.
*에피택셜(epitaxial) 성장: 다른 물질의 표면에 그래핀 결정을 갖도록 성장시킨 것이다. (출처: ChosunBiz)
**그래핀(graphene): 탄소 원자가 육각형 벌집 모양으로 연결된 물질이다. (출처: ChosunBiz)
**제로 밴드 갭(band gap): 반도체와 절연체에서 가전자대와 전도대 간에 있는 전자상태 밀도가 제로로 되는 에너지(energy) 영역과 그 에너지 차를 말한다. (출처: 네이버지식백과)