원하는 곳에 레이저로 그래핀 바로 합성한다

KIST 연구팀 개발

▲레이저로 그래핀을 원하는 곳에 합성할 수 있는 기술이 나왔다.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 원하는 곳에 레이저로 그래핀을 바로 합성하는 기술이 개발됐다.

고성능의 전자 소재로 알려진 그래핀(graphene)은 다양한 소재로도 많이 연구 되면서 응용 분야를 넓혀 가고 있다. 흑연을 박리하면 손쉽게 제작할 수 있는 그래핀의 품질과 형상을 제어하기 위해 합성 그래핀을 개발하려는 노력이 활발하다. 이 경우 실제 사용되는 기판위로 옮기는 전사 공정에서 품질이 떨어지고 손상이 발생해 연구에 걸림돌이 돼 왔다.

국내 연구팀이 통신용 레이저를 이용해 광소자내에 원하는 위치에 그래핀을 바로 합성하는 기술을 개발했다. 초고속 데이터 송신에 쓰이는 광학소자와 초소형 전자 소자 등의 발전을 앞당길 것으로 보인다.

연구팀은 탄소가 함유된 니켈 층을 가열하면 탄소가 니켈 층 밖으로 확산돼 나오면서 석출됨과 동시에 그래핀이 형성되는 현상에 대해 지속적 연구를 해 오고 있었다. 이번 연구에서는 그래핀이 생성 될 광섬유의 끝면에 니켈을 증착하고 형성 된 니켈 층만을 국부적으로 가열하기 위해 광학소자에서 일반적으로 쓰이는 통신용 레이저를 사용했다.

연구팀은 광섬유 기반의 광학소자에서 광 데이터의 제어에 사용되는 통신용 레이저를 광섬유 끝 면에 코팅된 니켈 층에 쬐었다. 니켈 층 내에 불순물로 포함돼 있던 탄소 성분이 광섬유와 니켈 층 사이에 석출되면서 그래핀이 합성된다.

연구팀이 개발한 그래핀 합성법은 전사의 과정이 필요 없이 고품질 그래핀 기반의 소자를 제작하는 것이 가능하다. 또 특별한 진공 환경이나 합성에 필요한 높은 온도 또는 추가적 레이저와 같은 외부 에너지원이 불필요하다. 여기에 그래핀을 구성하는 성분인 탄소 원자를 외부에서 별도로 공급하지 않고 금속에 포함된 불순물을 이용 할 수 있다. 마지막으로 최종 합성 하고자 하는 그래핀의 미세 모양과 위치에 대한 제어가 가능하다. 나아가 미세 가열 영역 이외의 다른 모든 부분이 상온을 유지해 플렉서블 기판에 적용이 가능한 장점이 있다.

이번 연구를 수행한 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 광전소재연구단 송용원 박사 연구팀은 "통신용으로 사용되는 레이저를 이용해 광소자 내 원하는 위치에 그래핀을 직접 합성하고 이를 기반으로 광학적 비선형 소자를 구현하는데 성공한 것"이라고 말했다.