그래핀 뛰어넘을 ‘포스포린’ 특성 발견…포스텍 김근수 교수 팀 등 연구

김근수 교수

국내 연구진이 ‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀에 버금가는 물성을 새로운 2차원 반도체 물질인 포스포린에서 찾아냈다.

포스텍은 16일 물리학과 김근수 교수 연구팀과 연세대 최형준·이연진 교수 연구팀이 고성능 반도체 소자의 후보물질 중 하나로 꼽히는 ‘포스포린’을 도체 또는 절연체로 자유자재로 조절할 수 있는 방법을 찾아냈다고 밝혔다.

대학 측은 이번 연구 성과는 세계적 권위의 과학저널 ‘사이언스’에 발표됐으며, 연구는 미래창조과학부 산하 기초과학연구원의 지원으로 수행됐다고 덧붙였다.

연구팀에 따르면 포스포린은 인(P) 원자로 된 흑린에서 표면 몇 개 층을 떼어낸 2차원 물질이다. 두께가 머리카락 굵기의 10만분의 1인 0.5㎚에 불과하다.

반도체 소재로 많이 쓰이는 실리콘의 밴드갭이 1.1eV인데 연구진은 이번 실험에서 포스포린의 밴드값을 0∼0.6eV까지 폭넓게 변환시키는 데 성공했다. 이는 포스포린의 전자물성을 반도체에서 도체까지 자유자재로 조작할 수 있다는 의미다. 연구진은 또 포스포린의 밴드갭이 0이 될 때는 그래핀과 같은 물성을 나타낸다는 점도 발견했다.

그래핀은 철보다 강하고 구리보다 전류가 잘 흐르는 뛰어난 물성을 갖고 있음에도 밴드갭이 없어 전류의 흐름을 통제하기 어렵다는 치명적인 결함을 안고 있다.

연구팀은 “그래핀의 놀라운 물성 중 하나가 전도성이 굉장히 높아 기존 반도체보다 수십∼수백배 우수하다는 점인데, 포스포린에서도 이런 물성이 나타났다”며 “이는 고소자로 활용할 수 있음을 뜻한다”고 밝혔다. 그래핀에 버금가면서 그 단점까지 극복할 만한 물성을 포스포린에서 찾아낸 것이다.

연구진은 이번 연구 성과를 발광다이오드(LED), 컴퓨터 칩 등을 만드는 전자소자나 전기신호를 이용해 빛을 만드는 광전소자에 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 보고 있다.

김 교수는 “연구 결과 포스포린을 통해 2차원 반도체 물질 연구의 중심이 그래핀에서 포스포린으로 이동하는 전환점이 될 것”이라고 말했다.

포항=마창성기자 mcs12@yeongnam.com

마창성 기자

기사 전체보기

영남일보(www.yeongnam.com), 무단전재 및 수집, 재배포금지