Graphene (박담비)

미래사회는 휴먼인터페이스 시스템이 대두되고 있다. 기술중심에서 인간중심 복합서비스로 관심이 전환되고 있다.

미래에는 소재기술이 중요한 시대인데,

유연한 전극의 필요성이 대두되고 있다.

그렇기때문에 15%가 늘어나도 전기가흐르는 그래핀에 관심을 갖는 것은 당연한 일이다.

그래핀은 탄소 단원자 두께의 벌집모양 격자를 가진 흑연의 한층,평면이다.

이러한 그래핀을 튜브모양으로 만들면 이를 탄소나노튜브라 부르고, 공무양으로 만들면 풀러린, 층으로 쌓으면 그래파이트라고 부른다.

그래핀은 Sp2구조이기 때문에 평면구조를 가질 수 있다.

좌측 그림처럼 탄소가 육각형으로 결합하여, 안정적이고, 전자들이 위 아래로 퍼져있어

평면을 만들 수 있는 것이다.

그래핀의 장점으로는

1.전하이동도가 좋다.

2.높은 전류밀도를 가진다.

3.열전도도가 좋고, 낮은 발열량을 가진다.

4.유연하고, 신축성이 좋다.

등으로 말할 수 있다.

이중에서도 그래핀의 가장 큰 장점으로는 유연하고 신축성이 좋은 것이라고 할 수 있다.

그래핀은 현재 투명전극에 응용되고 있다.

투명전극은 본래 ITO를 사용하였다. ITO에는 인듐이 들어가는데,

인듐이 고갈되고,구부림 균열 등의 문제가 있어서 대체 물질이 필요했다.

기존 전극&반도체 소자는 구부리면 부러지기 쉽고,

컴퓨터 작동 속도에도 한계를 가지고, 발열문제가 있었다.

이러한 문제점들을 그래핀으로 해결할 수 있다.

그래핀은 층을 어떻게 쌓는가, 어떻게 자르는가에 따라서

Band gap이 달라진다.

그래핀을 합성하는 방법으로는 CVD방법, 즉 화학증기증착법이있다.

CVD방법은 왼쪽에보이는

그림에서처럼 니켈에 탄소를

증착후 니켈을 제거하여

그래핀을 분리하는방법이다.

니켈뿐만 아니라

구리를 이용해서 투명기판에 전사시켜 그래핀을 합성하는 방법도 있다.

구리를 이용하여 그래핀을 합성할 때, 구리의 결정성에 탄소가 위치하기 때문에 구리의 결정성을 좋게하는 것이 중요하다. 이 것을 Annealing이라한다. 또한 Doping을 통하여 전도도를 높이면 좋다.

기판을 BN으로 바꾸면 전도도가 더 좋아진다.

그래핀은 일함수(Work function)을 조절 할 수있다.

Schottkycontact->실리콘보다 일함수를 낮게 만든다

ohmiccontact->길리콘보다 일함수를 높게 한다

이런 일함수는 그래핀 도핑으로 조절할 수 있으며,

미래에는 그래핀의 대량생산도 가능 할 것으로 보인다.

하지만 이러한 장점이 많은 그래핀이지만, 반도체로는 쓰이기 힘들다.

왜냐하면 on-off가 확실하지 않기 때문이다.

앞으로 미래에 그래핀을 이용한 투명 전극과

구부러지는 투명시계, 터치스크린 등등

광고, 상상 속이아닌 현실에서 펼쳐질 것에 기대된다.