KAIST(한국과학기술원)는 EEWS 대학원 김형준 교수와 윌리엄 고다드 교수 공동연구팀이 그래핀의 효율을 높여 반도체를 개발할 수 있는 이론적 방법을 제시했다고 22일 밝혔다.
그래핀은 전자 이동 속도가 실리콘보다 100배 이상 높아 반도체 분야 ‘꿈의 신소재’로 주목받고 있지만, 도체에서 부도체로 바뀌는 온오프 스위칭 효율이 낮아 반도체 소재로 적용하기 어려웠다.
최근 그래핀의 원자 구조를 바꾸는 방법으로 스위칭을 조절하는 방법이 제시됐지만, 그래핀의 가장 큰 장점인 높은 전자 이동 속도가 급격히 낮아진다는 한계가 있다.
연구팀은 빛을 반사시키는 원리를 그래핀의 전자에 적용해 도체에서 부도체로 넘어가는 과정을 조절하는 게이트 전극을 톱니 모양으로 디자인했다.
톱니 모양의 게이트 전극을 그래핀에 삽입하면 전자가 흘러가다 게이트에 부딪히면서 산란돼 부도체로 변환되면서 스위칭 효율을 100배 이상 높일 수 있다고 연구팀은 설명했다.
이 기술은 그래핀의 원자 구조를 변형시키지 않기 때문에 그래핀의 높은 전자 이동 특성을 그대로 사용할 수 있다는 게 큰 장점이다.
특히 현재의 실리콘 기반 반도체 제작 공정을 그대로 응용해 그래핀 반도체를 제작할 수 있다고 연구팀은 전했다.
이번 연구 결과는 자연과학 분야 권위 있는 학술지 ‘미국립과학원회보(PNAS)’ 지난 13일자 온라인판에 실렸다.