차세대 반도체 소재 상용화 개발 위한 스캐너 개발 성공

[산업일보]
새로운 재료를 실제 제품에 적용하기 위해서는 재료 전반의 특성을 파악할 수 있는 미세구조를 정확하게 분석할 수 있는 기술이 선행적으로 개발돼야 한다. 그러나 이차원 반데르발스 소재의 경우, 두께가 원자층 수준에 불과해 일반적으로 사용되는 미세구조 분석법(X선 결정법 및 전자현미경 등)의 직접적인 적용이 불가능하다. 합성된 이차원 반데르발스 소재의 상용화를 빠르게 달성하기 위해서는 미세구조를 정확하게 분석할 수 있는 기술이 필요하다.

한국연구재단은 이재현 교수(아주대학교, 제1저자 문지윤 박사) 연구팀이 황동목 교수(성균관대학교), 김태훈 교수(전남대학교)와 함께, 합성된 다결정 이차원 반데르발스 재료의 미세구조를 정확하게 분석할 수 있는 ‘2D 결정 스캐너 기술’을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 서로 다른 이차원 반데르발스 소재를 각도가 다르게 겹쳐 적층할 때 나타나는 무아레 무늬(Moire Pattern)와 그에 따른 광학적 특성 변화에 주목했다.

먼저, 미세구조의 결정 방향이 확인된 단결정 단층 그래핀을 광학필터로 활용, 그 위에 합성된 미지의 다결정 그래핀을 반데르발스 힘을 이용해 적층한 후 나타나는 변화를 라만분광법으로 분석했다.

분석 결과, 미지의 다결정 그래핀 내부에 존재하는 여러 미세구조 정보들이 광학필터로 활용된 단결정 단층 그래핀과 서로 다른 각도로 적층된 것을 확인했으며, 이를 통해 어긋난 미세구조의 광학적 정보를 빠르고 정확하게 스캔해 이미지화할 수 있었다. 또한, 분석을 완료한 시편은 원자-스폴링 기술을 통해 ‘포스트잇’을 떼는 것처럼 물리적 파괴 없이 깨끗하게 분리했다.

이번 연구성과를 통해 대면적으로 합성된 이차원 소재의 미세구조를 빠르고 정확하게 분석할 수 있게 되면서 소재에 대한 높은 신뢰성이 요구되는 분야의 어려움을 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

이재현 교수는 “후속 연구를 통해 양산 공정에 적용이 가능한 실시간 고속 분석 기술로 발전이 가능할 것으로 예상된다”고 밝혔다.