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● 기초과학연구원의 이효영 연구원 연구팀이 반도체 특성을 띠는 새로운 2차원 탄소 동소체인 ‘홀리그래파인’을 개발

● 그래핀은 밴드갭이 없어 반도체로 사용하기에 한계가 있기 때문에 빠른 전하 이동속도를 가지는 동시에 밴드갭 조절이 가능한 새로운 유형의 2차원 탄소 동소체를 찾는 연구가 활발히 진행 중임.

● 이에 그래핀에 물리적·화학적 방법으로 구멍을 생성하면 전류의 흐름을 방해하여 밴드갭 조절이 가능하다는 연구결과도 발표되고 있으며, 이 물질을 ‘홀리그래핀(holey graphene, 구멍이 있는 그래핀)’이라 하지만, 홀리그래핀은 '구멍'의 크기와 분포가 균일하지 못해 원하는 특성을 구현하기가 어려웠던 상황

● 이에 연구팀은 기존 그래핀에 구멍을 내는 방식이 아닌, 원자 단위로부터 탄소 재료를 새롭게 합성하여 규칙적으로 구멍을 생성하는 방식을 적용

● 이렇게 합성한 물질을 ‘홀리그래파인’라 이름 붙였으며, 홀리그래파인은 벤젠 고리가 삼중 결합(C≡C)으로 번갈아 연결되어 있고, 6각형 고리와 8각형 고리의 패턴이 동일한 비율로 구성되어 있는 것이 특징

● 연구팀은 6단계 반응을 거친 ‘1,3,5-트리브로모-2,4,6-트리에틸벤젠’ 단분자를 이용해 물과 디클로로메탄으로 구성된 두 가지 용매의 계면에서 초박형 2차원 반도체 홀리그래파인을 합성

● 홀리그래파인의 밴드갭은 1.1 eV로 실리콘 밴드갭(1.12 eV)과 유사하고, 전하 이동속도는 그래핀과 유사해 반도체 재료로 적합함을 확인

● 이번 연구성과는 초박형 단결정을 최초로 합성함으로써 새로운 유형의 2차원 탄소 동소체의 설계 및 합성 가능성을 제시하였으며, 탄소 동소체 연구로 실리콘을 넘어서는 차세대 반도체 시대를 여는 데 기여할 것으로 기대

※ Matter 게재(2022.05.19.)