초록 ▼

연구의 목적 및 내용
Top-down 방식의 탄소기반 나노전자학을 위한 epitaxial graphene 성장기술을 확보하고, 나노구조 및 이종접합에서 기대되는 새로운 물리 현상을 탐구한다. 첫째 균일도가 높은 epitaxial graphene을 성장시켜 디락 페르미온의 특성을 연구한다. 둘째 graphene 나노구조 및 반도체/자성체 등과의 이종접합/초격자 구조를 성장시키고 다양한 물성을 연구하는 한편 graphene 소자의 응용 가능성을 탐색한다.
연구결과
제 1 단계 : Graphene 소재 제작기술 개발의 첫

연구의 목적 및 내용
Top-down 방식의 탄소기반 나노전자학을 위한 epitaxial graphene 성장기술을 확보하고, 나노구조 및 이종접합에서 기대되는 새로운 물리 현상을 탐구한다. 첫째 균일도가 높은 epitaxial graphene을 성장시켜 디락 페르미온의 특성을 연구한다. 둘째 graphene 나노구조 및 반도체/자성체 등과의 이종접합/초격자 구조를 성장시키고 다양한 물성을 연구하는 한편 graphene 소자의 응용 가능성을 탐색한다.
연구결과
제 1 단계 : Graphene 소재 제작기술 개발의 첫 단계로 graphene 켜쌓기성장을 위한 MBE 시스템을 구축하였음.
제 2 단계 : 다양한 기판과 성장조건에 대한 실험을 통해, 결과적으로 sp2 결합을 가진 대면적(1cm x 1cm) 탄소초박막의 성장에 성공하였고, 라만분석 등을 통해 2 nm 정도의 grain size를 가진 nanocrystalline graphite 임을 확인함. 수송특성실험을 통해 외부 전기장에 의해 전하수송체의 부호가 변하는 Dirac-like peak을 확인하였음 (MBE 방법으로 성장된 nanocrystalline graphite 에서는 세계 최초의 결과임).
제 3 단계 : 탄소공급방식의 차이에 따른 특성변화를 연구하였음.
4인치 대면적 그래핀성장용 CVD 시스템을 구축하여 대면적그래핀 성장에 성공. MBE 방법과의 차이를 연구하는 한편, 두 시스템의 장점만을 결합한 그래핀 성장방식을 연구함.
연구결과의 활용계획
Graphene에서 발견된 상대론적 디락 페르미온의 거동은 응집물리 뿐아니라 입자물리 분야에서도 큰 관심의 대상이다. 응용면에서도 graphene은 현재 가장 많이 연구되고 있는 탄소나노튜브와 실용적으로 유사한 기능을 보임과 동시에 top-down 방식의 나노구조화가 가능하다는 점에서 매우 기대가 큰 물질이다. 본 과제에서는 양질의 그래핀 시료 공급을 위한 MBE 및 CVD 시스템을 구축하여 국내 그래핀연구의 주요 기반을 완성하였고, 경쟁력있는 시료를 제작하였다.

Abstract ▼

Purpose&contents
To develop carbon-based nanoelectronics, we propose to grow graphene layers epitaxially and to study new phenomina expected in the graphene nanoribbons and heterostructures with ferromagnets and semiconductors. Research on the behavior of Dirac fermions is included as well.
Re

Purpose&contents
To develop carbon-based nanoelectronics, we propose to grow graphene layers epitaxially and to study new phenomina expected in the graphene nanoribbons and heterostructures with ferromagnets and semiconductors. Research on the behavior of Dirac fermions is included as well.
Result
Phase 1 : To supply high-quality graphene for carbon-based electronics, we have developed high-temperature, ultra-high-vacuum molecular beam epitaxy system.
Phase 2 : Through the use of various substrates and growth conditions, we succeeded in the fabrication of large area(1 cm x 1 cm), ultra-flat, sp2-bonded nanocrystalline graphite carbon. We determined the grain size to be 2 nm by using Raman spectroscopy, and confirmed the carrier type change by gate voltage (for the first time in MBE-grown nanocrystalline graphite).
Phase 3 : We studied the effect of carbon supply methods on the film characteristics. We also developed 4" chemical vapor deposition system for graphene growth, and studied the hybrid growth by using both molecular beam epitaxy and chemical vapor deposition.
Expected Contribution
The behavior of relativistic Dirac fermions is of interest not only to condensed matter physicists but also to high energy physicists. Graphene is also of technical interest because of its similarity to carbon nanotubes and its easyness for scaling. We have constructed MBE and CVD system for graphene growth, and competitive samples were fabricated.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구계획 요약문 ... 4
• 1. 국문요약문 ... 4
• II. 연구결과 요약문 ... 5
• 1. 국문요약문 ... 5
• 2. 영문요약문 ... 6
• III. 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 43
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 44
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 45
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 47
• 8. 참고문헌 ... 47
• 9. 연구성과 ... 48
• 10. 기타사항 ... 52