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중국과학원 화학 연구소 산하 유기 고체 중점 실험실의 연구팀이 CVD를 사용하여 절연기판에서 제어 가능한 그래핀 제조에 성공함.

절연 기판에서 직접 큰 면적의 균일한 단일 층 그래핀 필름을 제조하는 기술은 그래핀 재료 응용에 필수적인 기술로 손꼽힘. 그래핀을 형성하는 방법 중 화학 기상 증착 방법(chemical vapor deposition, CVD)은 고품질의 그래핀을 큰 면적으로 성장하게끔 하는 효과적인 방법 중의 하나에 속하나, 그래핀의 CVD 성장 과정에서 금속 촉매를 사용해야 하고 그래핀을 이전시켜야만 전기 디바이스를 구축할 수 있으며, 그래핀의 전이는 그래핀의 주름, 손상, 전기학 성능 감소 등의 문제점과 현재의 반도체 가공 공법과 호환되지 않는 단점이 있었음. 하지만 그래핀을 절연 기판에서 CVD 성장시킬 경우, 느린 성장 속도와 중복되는 코어 형성 등 단점이 종종 발생되기 때문에 균일성이 떨어지고 층 수가 확정되지 않는 문제가 발생함. 최근 연구팀은 일종 새로운 전구체(前驅體) 제어 전략을 사용하여 성공적으로 그래핀의 2차 코어 형성을 제어하였으며, 이런 과정을 통해 절연 기판에서 직접 큰 면적과 높은 품질의 균일한 단일 층 그래핀 필름 생성시키는데 성공하였음. 그래핀 성장 메커니즘에 대한 연구를 통해 이산화규소 기판 표면의 수산화가 그래핀 변두리와 기판 사이의 결합을 약화시켜 초급 코어 생성 주도의 그래핀 성장을 실현하게 한다는 연구결론을 도출하였음. 연구팀이 실행한 필드 효과 트랜지스터(FET) 디바이스에 대한 테스트 결과, 제조된 균일 단일 층 그래핀 박막이 우수한 전기학 성능을 보유하고 있으며, 전이 비율이 최고 3,800㎠ V-1 s-1 수준에 도달한 것으로 나타났으며, 현재 절연 기판에서 성장한 그래핀 박막 디바이스의 최고 성능 수준에 도달한 것으로 나타났음.

이번 연구에서 개발된 방법을 통해 그래핀으로 하여금 집적회로 전자와 광전자 분야에서의 응용이 확장될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Small Methods’ 지 등에 게재됨