성균관대 성균나노과학기술원(원장 스미오 이지마) 홍병희 화학과 교수(사진 왼쪽)·김근수 박사(사진 가운데) 연구팀과 삼성전자 종합기술원 최재영 박사(사진 오른쪽) 연구팀이 공동으로 ‘꿈의 신소재’라 불리는 그래핀의 대면적 합성 및 패터닝 기술을 세계최초로 개발했다.

이번 연구는 지난 2006년부터 나노분야 중심으로 시작된 성균관대-삼성전자 간의 공동협력 프로그램에 따라 진행됐으며, 특허권도 480억원에 달한다. 특히 이번 기술 개발에 따라 우리나라의 강점인 디스플레이·반도체 등 분야에서 지속적으로 선두를 달릴 수 있는 계기를 만들었다는 점에서 의미가 크다.

그래핀은 탄소가 서로 연결돼 벌집 모양의 평면 구조를 이루는 물질이다. 그 두께가 불과 원자 한 층에 불과하면서도 구조·화학적으로 매우 안정적이며, 양자역학적 특성 때문에 매우 뛰어난 전기적 성질을 보이는 게 특징이다.

현재 반도체에서 사용되는 단결정 실리콘 보다 100배 이상 빠르게 전자를 이동시킬 수 있으며, 구리보다도 100배 많은 전류를 흐르게 할 수 있어 차세대 트랜지스터 및 전극 소재로 주목 받아 왔다. 그러나 면적을 크게 늘리기가 어려워 실제 응용기술 개발에 제약을 받아왔으며, 전 세계가 이를 해결하고자 치열한 경쟁을 해오고 있다.

성균관-삼성 연구진은 그래핀을 간단한 화학증기증착법으로 대단위 면적으로 성장시킬 수 있다는 것을 밝혀냈다. 아울러 접거나 잡아당겨도 전도 특성을 유지하는 신축성 전극과 대용량 트랜지스터 배열 등에 적용할 수 있는 길을 터놓았다.

업계는 이번 연구결과가 그래핀 연구를 가속화해 나노소자 기술의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대하고 있다. 삼성전자는 향후 성균관대와 지속적으로 연구하면서 초고속 나노 메모리, 투명 플렉시블 디스플레이, 차세대 태양전지 등에 그래핀 관련 기술을 적용, 확대해 나갈 계획이다. 한편, 이번 연구 결과는 14일자 <네이처> 온라인에도 게재됐다.