나노기술 및 정책 정보

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● 사우디아라비아 King Abdullah University of Science and Technology Xixiang Zhang 교수 연구팀이 구리 커버를 활용하여 매끄러운 단일 입자 그래핀을 제작

● 대부분의 그래핀 기반 전자기기는 절연 지지대가 필요하지만, 고품질 그래핀 필름은 동박과 같은 금속 기판 위에서 성장된 후 장치 제작을 위한 절연 지지대로 옮겨지며, 이 과정에서 장치 성능에 악영향을 끼치는 불순물을 발생시킴

● 이에 연구팀은 구리 촉매를 활용하여 메탄을 탄소 전구체로 분해하고, C-플레인 사파이어라고 불리는 단일 입자 기판에서 매끄러운 표면의 단일 입자 그래핀 단분자를 생성하는 화학 증착법을 활용

● 탄소 원자는 금속 필름을 통해 구리-사파이어 계면으로 확산되어 템플릿 역할을 수행하였고, 몇 번의 성장 사이클 후에 배향된 그래핀을 형성

● 구리 필름과 사파이어는 약한 표면 상호작용 및 그래핀과 유사한 결정 격차 대칭을 보였으며, 이는 그래핀의 높은 결정성을 설명함

● 또한, 연구팀은 탄소 확산을 촉진하기 위해 수소-아르곤 플라즈마를 사용하여 구리막 위에 축적된 모든 그래핀을 식각하였으며, 액체 질소에 담갔다가 500℃까지 빠르게 가열해 구리막이 벗겨지기 쉬우면서도 그래핀 단층을 그대로 유지하도록 조작

● 사파이어에서 성장된 단결정 그래핀 단층 위에서 제조된 전계효과 트랜지스터는 캐리어 성능이 우수하였으며, 이는 결정성이 높고 표면의 주름 수가 적기 때문이라고 설명

● 향후 연구팀은 기능화된 대규모 구조를 만들기 위해 절연 지지대 그래핀에서 다른 2차원 재료를 성장시키는 연구를 수행할 예정

※ Nature Materials 게재(2022.01.20.), “Wafer-scale single-crystal monolayer graphene grown on sapphire substrate”