나노기술 및 정책 정보

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나라첨단과학기술대학원대학(奈良先端科学技術大學院大學, NAIST) 첨단과학기술연구과 물질창성과학영역 유기광분자과학연구소, 후지츠(富士通)연구소 등의 공동 연구그룹이 현재 실리콘 반도체 미세화의 한계를 넘는 차세대 전자 재료로서 연구가 진행 중인 그래핀 물질의 구조를 정밀하게 제어하여 리본 모양으로 합성하는 방법을 개발하고 반도체로서 매우 우수한 전기적 특성을 갖는 폭이 넓은 ‘그래핀 나노 리본(Graphene Nano Ribbon, GNR)’을 제작하는 데 성공함. 이 GNR은 원자 17개분인 약 2nm의 폭을 가지며, 전기의 흐름성에 관한 ‘밴드 갭’은 약 0.6 eV(전자 볼트)로, 절연체로도 전도체로도 되는 반도체 재료로서 최적의 성질을 나타냄. 그래핀은 일반적으로 도체의 성질을 갖지만 수 nm의 폭으로 가늘고 길게 성장시킨 리본형 GNR로 제작함으로써 밴드 갭이 형성되어 반도체의 성질을 가지는 것으로 예상됨. GNR의 밴드 갭은 리본의 가장자리 구조 및 폭에 강하게 영향을 받기 때문에 합성의 정밀 구조 제어가 요구되었음. 연구진은 개발한 전구체 분자를 블록처럼 연결하는 ‘Botomm-up 합성법’으로 폭이 17개의 탄소 원자로 이루어진 ‘암체어 에지형 GNR(17-AGNR)’를 합성함. 본 기술은 기존에 합성된 GNR에 비해 밴드 갭을 약 2 eV에서 0.6 eV로 대폭 축소할 수 있기 때문에 저전력으로 동작이 가능하며, 향후 전자의 이동도가 큰 그래핀 등의 우수한 전기 특성을 살린 저전력 초고속 전자 디바이스가 실현될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Communication Materials’ (“Small bandgap in atomically precise 17-atom-wide armchair-edged graphene nanoribbons”) 지에 게재됨.