나노기술 및 정책 정보

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중국 베이징(北京) 대학교 류쭝판(劉忠范) 교수 연구팀은 한국 울산과학기술원(UNIST) Feng Ding 연구원 연구팀과 중국과학원 반도체 연구소 워이퉁보(魏同波) 연구원 연구팀은 공동 연구를 통해 나노 패턴화 사파이어 기판(NPSS)의 c- 면(面) 상에서 그래핀에 대한 선택성 성장을 실현하고 나노 패턴화 그래핀을 제조하는 새로운 아이디어를 제시하여 동 아이디어를 질화알루미늄(AlN) 박막의 에피택셜 성장을 실현시키는데 응용하였음.

연구팀은 자외선 발광 다이오드(UV-LED) 응용 과정에서 패턴화 그래핀은 AlN의 선택성 핵생성을 실현할 수 있기 때문에 핵생성 방향과의 일치성을 보장하고 AlN의 신속한 가로 방향 에피택셜 성장(ELOG)을 추진하여 낮은 위치 오류 밀도의 단결정 AlN 필름을 개발할 수 있었음.

질화알루미늄(AlN), 질화 갈륨(GaN)을 대표로 하는 제3세대 반도체 소재는 우수한 성능을 가지고 있기 때문에 LED(Light Emitting Diode) 발광 다이오드 등 광전기 디바이스 분야에서 폭넓게 응용되고 있음.

현재 시장에서 대부분의 LED 디바이스는 사파이어(Sapphire) 기판 상에서의 에피택셜(epitaxial)을 통해 취득되는데 사파이어 기판의 열전도율이 낮기 때문에 LED 디바이스의 사용에서 심각한 열 발산 문제를 발생하고 있으며, 열량의 생성은 여러 가지 문제를 발생시키는데 디바이스 에너지 소모가 증가하고, 효율이 낮아지고, 사용 수명을 단축시키는 등의 문제점을 포함함.

특히 대 출력 LED 디바이스의 높은 작업 전류는 열 발산 문제를 더욱 부각시키기 때문에 "어떻게 하면 LED 디바이스의 열 발산을 효과적으로 추진할 수 있도록 할 것인가"는 미래 LED 조명 분야에서의 중점 과제가 되고 있는 상황임.

패턴화 그래핀/NPSS 기판 위에 제조한 UV-LED는 양호한 발광 성능과 우수한 신뢰성을 가지는 것으로 나타났으며, 이런 제조 방법은 기판 디자인을 통해 각 종 패턴화 그래핀을 개발하는데 적용될 수 있으며, 그래핀의 선행 응용 연구를 추진하는 면에서 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 전망됨.

연구팀은 NPSS의 물리 디자인과 화학 특성을 이용하여 패턴화 그래핀의 직접 성장을 실현한 동시에 AlN 필름 에피택셜과 LED 개발 과정에서의 관건적인 응용을 실현하였음.

연구팀은 전자 설비 응용 관련 연구를 실행하였으며, 특히 유전체 기판 상에서 각 종 제어 가능한 패턴화 그래핀 성장을 실현함으로써 그래핀 선행 응용을 위한 중요한 기반을 구축하였음.

본 연구 성과는 ‘Advanced functional Materials’ ("Direct Growth of Nanopatterned Graphene on Sapphire and Its Application in Light Emitting Diodes") 지에 게재됨.