삼성전자-성균관대, 그래핀 반도체 문 열었다… 웨이퍼 가능 분자구조 세계 첫 개발

꿈의 신소재 ‘그래핀’의 상용화 포문을 삼성전자가 열었다. 반도체 원재료로 쓰기 위해 필요했던 그래핀 분자구조를 세계 최초로 개발한 것. 지난 2012년 그래핀을 활용한 새로운 트랜지스터 구조를 발표한 이후 2년 만의 쾌거다.

삼성전자 종합기술원은 성균관대 신소재공학부와 공동으로 웨이퍼크기의 대면적 단결정 그래핀을 성장시킬 수 있는 방법을 개발했다고 4일 밝혔다. 이 연구결과는 중요성을 인정받아 세계 최고 권위 과학저널인 사이언스지(誌)의 ‘사이언스 온라인 속보(Science Express)’에 이날 소개됐다.

그래핀은 현재 가장 많이 사용되는 반도체 소재인 실리콘에 비해 100배 이상의 전자 이동도를 가지고 있다. 강철보다 강한 강도와 열전도성, 신축성을 가지고 있어 차세대 전자소자인 플렉서블 디스플레이, 웨어러블 전자 소자에 활용할 수 있는 차세대 소재로 평가된다.

그러나 지금까지 그래핀의 분자구조는 반도체 원재료에 쓰일 수 없는 다결정 성질을 갖고 있어 상용화에 어려움을 겪었다. 분자구조가 균일하지 못한 그래핀의 특성상 반도체 직접회로를 만드는 주요 재료인 웨이퍼로 생산하는데 부적합했기 때문이다.

삼성전자와 성균관대는 이 같은 난관을 극복하고 그래핀을 반도체 웨이퍼로 성장시킬 수 있는 분자구조 합성법을 개발했다. 여러 반도체 재료로 쓰이는 실리콘처럼 그래핀도 이번 기술을 통해 반도체 시장에서 본격적으로 상용화할 수 있는 가능성을 연 것으로 평가된다. 이번 연구는 2006년부터 나노분야 중심으로 시작된 삼성전자-성균관대간의 공동협력 프로그램의 일환으로 이뤄졌다.

기초-응용 기술을 연계한 대학-기업간 공동연구를 통해 차세대 성장동력을 창출할 핵심기술을 확보했다는 점에서 성공적인 산학협력의 모델로 평가된다는게 삼성전자 측의 설명이다.

삼성전자 관계자는 “지난 수 십년간 단결정 반도체 물질인 실리콘 웨이퍼가 점차 그 면적을 키우면서 현재의 반도체 산업을 성장시켰듯이, 그래핀의 응용과 실용화를 위해서는 단결정 그래핀을 큰 면적으로만들 수 있는 방법의 개발이 필수적이었다”고 밝혔다. 이어 “이번 연구결과가 꿈의 신소재라고 불리는 그래핀 연구를 가속화해 나노소자 기술의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 전망한다”고 말했다.

한편, 이 연구는 미래창조과학부의 리더연구자지원사업(창의적연구진흥사업)으로 수행됐다.