나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 원사(院士)이며, 중국과학원 물리 연구소 연구원이며, 베이징(北京, 북경) 응집물질물리 국가 연구 센터 산하 "나노 물리 및 디바이스 중점 실험실" 연구원인 까오훙쥔(高鴻鈞, 고홍균) 박사가 주도하는 연구팀은 최근 그래핀 및 유사 그래핀 2차원 원자 결정체 소재 제조, 물질 특성 조정 제어 및 응용 연구에서 혁신성과를 획득하고, 고품질 대면적의 외연(外延) 그래핀과 Ru 기판 표면간의 SiO2 절연 삽입 층을 실현하는데 성공함.

연구팀은 전이금속 표면 외연 성장의 그래핀이 대면적, 고품질, 연속, 층수에 대한 제어 등 강점을 보유하고 있다는 점을 발견함. 시스템의 이종 원소 삽입 층 기술에 기반하고 이 기술이 효과적으로 복잡한 그래핀 이전 과정을 피하는 특징을 이용하여, 대면적, 고품질의 그래핀 단결정은 손상이 없이 이종 원소 삽입 층 기판 상에 놓일 수 있다는 점을 입증하였음.

연구팀은 그래핀 무(無) 손상 삽입 층의 보편적인 메커니즘을 해석하고, 삽입 층 기술을 이용하여 공기 속에서 안정적으로 존재하는 그래핀/실리센(Silicene) 이종접합 구축과 그래핀 전자 구조에 대한 조정 제어를 실현하였음.

관련 연구 성과를 기반으로 지속적인 연구를 수행하여, 금속 표면 외연 고품질 그래핀의 SiO2 절연 삽입 층을 실현하고, 원 위치에서 그래핀 전자학 디바이스를 개발하였음.

Ru(0001) 표면에서 cm 사이즈, 단결정 그래핀의 외연 성장을 실현하고, 단계별 삽입 층 기술을 개발함. 동일한 샘플 상에서 실리콘과 산소 두 가지 원소를 삽입하고, 그래핀과 Ru 기판의 인터페이스 위치에서 이산화 실리콘 필름을 성장시킴. 실리콘, 산소 삽입 층 수량 증가에 따라 인터페이스 위치에서의 이산화 실리콘이 점차 두꺼워지고 관련 구조는 액정 상태를 비(非) 결정 상태로 전환시키고, 이산화 실리콘 삽입 층 필름이 일정한 두께에 도달할 때 그래핀과 금속 기판 간의 절연 상태가 발생함. 동 SiO2 삽입 층 기판 상의 그래핀 소재를 이용하고 원 위치 비(非) 이전의 외연 그래핀 디바이스 제조를 실현함.

연구팀은 1.8nm 비(非) 결정 상태 이산화 실리콘의 삽입 층은 그래핀 대 면적, 고 품질 특성을 파괴하지 않고 그래핀과 금속 기판 간의 커플링을 효과적으로 차단시킨다는 점을 입증하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 일종 실리콘 베이스 기술과 융합된 대 면적, 고 품질 그래핀 단 결정을 제조하는 새로운 방법을 개발하였으며, 그래핀 소재 및 디바이스 응용 연구를 위해 중요한 기반을 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘Nano Lett.’ ("Insulating SiO2 under Centimeter-Scale, Single-Crystal Graphene Enables Electronic-Device Fabrication")에 게재됨.