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­ ‘그래핀(Graphene) 재료’는 우수한 물리 특성과 쉽게 실리콘 기술과 결합시킬 수 있는 특징을 가지고 있어 학술계와 산업계에서는 마이크로 전자기술을 한층 더 발전시키는데 있어 잠재력이 제일 큰 신 재료로 평가하고 있다.

­ 최근 중국 베이징시(北京市)에 위치하여 있는 ‘중국과학원(中國科學院)’ 산하 ‘마이크로전자연구소’ 소속 ‘마이크로파 부품 및1 집적회로 연구실(제4연구실)’의 진즈(金智), 류신위(刘新宇) 연구원이 주도하는 ‘그래핀(Graphene) 연구팀’은 ‘마이크로기계 스트리핑(Stripping) 방법’, ‘SiC 외부연장 성장(Epitaxial growth) 방법’과 ‘화학 기상 증착(Chemical vapor depositio<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" /><?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />n, CVD) 방법’으로 개발한 새로운 ‘그래핀 재료’ 상에서 고 성능 ‘그래핀 전자부품’을 연구개발 하는데 성공하여 이슈가 되고 있다.

­ 연구팀은 우선 ‘마이크로기계 스트리핑(Stripping) 방법’으로 몇 백 스퀘어 미크론(Square micron)에 달하는 대 면적의 ‘그래핀 재료’를 개발하였다. 연구팀은 이런 ‘그래핀 재료’ 개발을 기반으로 독자적인 지적재산권을 보유한 ‘복합 격자(Composite grid) 매질 구조’를 이용하여 ‘가는(細) 격자 막대기(條)’ 형태의 부품 가공 공법을 개발함으로써 부품 개발 과정에서의 핵심 공법 문제를 해결하였으며 완벽한 ‘그래핀 부품 공법 프로세스’를 개발하여 ‘그래핀 전자부품’ 개발을 완성하였다(圖 1. 참조). 관련 측정 테스트 데이터를 보면, 부품의 최고 ‘컷 오프 주파수(Cutoff frequency)’는 18GHz(圖 1. 우측 참조)에 달하여 중국 내 ‘그래핀 전자부품’의 최고 수준에 도달한 것으로 나타났다.

图 1. (좌측) 그래핀 전자부품의 SEM사진 (우측) 그래핀 부품 측정 테스트 결과

­ 연구팀은 ‘SiC 외부연장 성장(Epitaxial growth) 방법’으로 2인치 웨이퍼(Wafer)급 ‘그래핀 재료’ 상에서 독자적인 지적재산권을 소유한 ‘그래핀 듀얼 게이트(Dual-gate) 부품 공법 프로세스’를 개발하여 ‘웨이퍼급 그래핀 전자부품’ 양산을 실현하였다(图 2. (a) 참조). 관련 측정 데이터를 통해 부품의 전체적인 성능은 GHz 이상 수준에 도달하였으며 최고 ‘컷 오프 주파수(Cutoff frequency)’는 4.6GHz(圖 2. (b) 참조)에 달한 것으로 나타났으며 부품 제품 비율은 90% 이상 수준에 달하여 중국 내 최초로 보도된 ‘SiC 외부연장 성장 방법’으로 그래핀 상에서 ‘컷 오프 주파수’가 GHz 이상 수준에 도달한 연구개발 성과에 속한 것으로 나타났다.

图 2. (a) ‘SiC 외부연장 성장 방법’으로 개발한 웨이퍼급 ‘그래핀 전자부품’ 사진

­ 연구팀은 ‘화학 기상 증착(Chemical vapor deposition, CVD) 방법’으로 개발한 대 면적의 ‘그래핀 재료’ 상에서의 ‘웨이퍼급 그래핀 전자부품’의 양산 개발을 실현하였다. 연구팀은 ‘구리 박(Copper Foil)’ 상에서 ‘화학 기상 증착’ 방법으로 개발한 ‘대 면적의 그래핀 재료’ 상에서 ‘웨이퍼급 그래핀 전자부품’ 양산 개발을 실현하였다. 측정 테스트 데이터를 통해 부품의 전체적인 성능이 500MHz 이상 수준에 도달하였으며 ‘컷 오프 주파수’는 1.1GHz 수준에 도달한 것으로 나타났으며(图 3. 참조), 부품의 제품비율은 80% 이상 수준에 도달하여 중국 내 최초로 보도된 ‘CVD 방법’으로 성장시킨 ‘컷 오프 주파수’가 GHz 이상 수준에 도달한 연구개발 성과에 속하는 것으로 나타났다.

图 3. ‘CVD 방법’으로 성장시킨 그래핀으로 개발한 웨이퍼급 부품 사진과 측정 테스트 결과

­ ‘웨이퍼급 그래핀 재료’ 상에서 개발한 전자부품은 ‘마이크로기계 스트리핑(Stripping) 방법’으로 개발한 그래핀 상에서 제조한 단일 전자부품과는 구별된다. 그래핀 상에서 제조한 단일 전자부품은 향후 서로 다른 특징, 서로 다른 사이즈의 부품 성능을 더욱 심층적으로 연구하고 그래핀 베이스의 집적회로를 구현하기 위한 중요한 기반으로 되는 동시에 그래핀 베이스의 전자부품 양산을 위한 ‘선결 조건’으로 되기 때문에 중대한 의미를 가진다.

­ 전자부품 연구개발 과정에서 연구팀은 독자적인 지적재산권 보호를 중시하였으며 지금까지 이미 약 20건에 달하는 특허를 신청하였을 뿐만 아니라 수편의 과학연구 논문들이 국제 최고 수준의 과학연구 학술지에 공식 발함으로써 ‘마이크로전자 연구소’의 ‘그래핀 전자부품’ 연구개발 실력을 대폭 향상시켰다.

­ 연구팀은 “그래핀의 우수한 물리 특성과 실리콘 집적회로와의 결합을 통해 집적회로가 제공한 ‘혁명적인 변혁’이라는 중대 기회를 활용하여 ‘그래핀 재료’와 부품 발전의 핵심 기술 개발을 추진하여 그래핀 연구에서 ‘재료로부터 부품에 이르기까지의 완벽한 과학연구 체인’을 형성하고 중국의 반도체 산업 발전과 도약을 실현해야 할 것”이라고 강조하고 있다.

출처 : http://www.cas.cn/ky/kyjz/201108/t20110808_3320447.shtml