KAIST는 김상욱 신소재공학과 교수 연구팀이 원하는 형태로 분자가 스스로 배열하는 ‘분자조립’ 기술을 활용해 그래핀을 이용한 휘어지는 대용량 반도체 원천기술(사진)을 개발했다고 12일 발표했다.

연구팀은 꿈의 소재로 불리는 그래핀 기판 위에 현재 반도체 미세공정의 최고 수준인 20나노미터(㎚·10억분의 1ｍ)급 패턴을 구현했다. 그래핀은 강도가 높으면서도 유연성이 뛰어나 휘어지는 디스플레이 소재로 주목받고 있지만 그래핀 기판 위에 미세화한 패턴을 구현하는 데 어려움을 겪어왔다.

연구팀은 분자조립 기술을 이용해 그래핀 위에 초미세 패턴을 형성하는 데 성공했다. 분자조립 기술은 서로 다른 두 고분자가 물과 기름처럼 섞이지 않는다는 점을 이용해 플라스틱, 액정, 생체분자처럼 유연한 연성 소재의 고분자를 원하는 형태로 스스로 배열하게 하는 기술이다.

두 고분자는 머리카락 굵기의 1만분의 1 수준으로 미세한 주기적 패턴을 형성한다. 물질을 섞어주기만 하면 화학반응을 이용해 스스로 배열하기 때문에 고가의 장비를 사용할 필요가 없다. 비용이 저렴하고 대용량의 반도체를 제작할 수 있어 고성능 플렉시블 전자기기 개발에 활용할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

김상욱 교수는 “지금까지 발표된 휘어지는 반도체는 온도에 취약한 플라스틱 기판을 사용하기 때문에 극한의 반도체 공정을 견딜 수 없어 상용화가 어려웠다”며 “이 기술을 이용하면 기계적 물성이 우수한 그래핀을 휘어지는 기판으로 사용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 재료 분야 학술지인 ‘어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)’에 실렸다.

김태훈 기자 taehun@hankyung.com

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