성균관대 박진홍 교수 "그래핀소자 전류손실 크게 절감"
국내 연구진이 차세대 전자소재로 주목받는 그래핀과 금속 전극 접촉저항을 최소화해 전류 손실을 획기적으로 줄일 수 있는 기술을 개발했다.
성균관대 전자전기공학부 박진홍 교수와 박형열 연구원팀은 15일 고분자물질을이용한 n-형 도핑 기술과 그래핀 모서리 디자인 변형을 통해 그래핀-금속 전극의 접촉저항을 기존 팔라튬 접촉의 4분의 1 수준으로 낮추는 데 성공했다고 밝혔다.
그래핀은 탄소원자가 6각형 벌집구조로 결합한 2차원 전도성 물질로 원자 한 개두께로 극히 얇지만 전기적·물리적 성질이 우수해 차세대 전자소자 물질로 주목받고 있다.
하지만 그래핀은 금속전극과 연결할 때 높은 저항이 발생, 그래핀 응용소자의성능이 떨어지는 문제가 있다. 금속 전극은 전자상태밀도(Density of state)가 높은반면 그래핀은 전자상태밀도가 상대적으로 낮기 때문이다.
박 교수팀은 고분자 물질을 이용해 그래핀을 전자상태밀도가 높은 n-형으로 도핑하고 그래핀 모서리를 길게 디자인하는 방법으로 그래핀-금속 접촉저항을 크게 낮췄다.
먼저 전자를 공급하는 고리형 질소화합물인 트리아진(Triazine) 분자가 포함된고분자 절연물질(PVP/PMF)을 그래핀 아래층에 두고 가열, 기존 그래핀을 전자상태밀도가 높은 n-형으로 도핑했다.
또 그래핀 모서리를 길게 디자인해 금속과 접합된 그래핀의 전자상태밀도를 이전보다 높여 접촉저항을 최소화했다.
그 결과 그래핀-금속 접촉저항은 기존 팔라듐 전극을 사용할 때 접촉저항 86옴-마이크론(Ω-㎛)의 4분의 1 수준인 23Ω-㎛로 낮아졌다. 이는 같은 동작전압을 사용할 때 4배 높은 동작전류를 확보할 수 있음을 뜻한다.
박진홍 교수는 "이 연구 결과는 그래핀을 기반으로 한 차세대 전자소자나 광전소자의 성능을 극대화함으로써 차세대 플렉서블 스마트 기기 등 다양한 응용분야에활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행된 이 연구결과는 나노·재료분야 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials, 2월 3일자)에 표지논문으로 게재됐다.
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